Densitet af metaller i kg/m3: tabel. Eksperimentel og teoretisk bestemmelse af tæthed

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-02 17:43

Metaler er kemiske grundstoffer, der udgør det meste af det periodiske system for D. I. Mendeleev. I denne artikel vil vi overveje en så vigtig fysisk egenskab som densitet og også give en tabel over densiteten af metaller i kg/m3.

Materiedensitet

Før vi beskæftiger os med densiteten af metaller i kg/m3, lad os stifte bekendtskab med selve den fysiske mængde. Massefylde er forholdet mellem kropsmasse m og dets volumen V i rummet, som kan skrives matematisk som følger:

ρ=m / V

Værdien under undersøgelse er norm alt angivet med bogstavet i det græske alfabet ρ (ro).

Hvis forskellige dele af kroppen har forskellige masser, kan du ved hjælp af den skrevne formel bestemme den gennemsnitlige tæthed. I dette tilfælde kan den lokale tæthed afvige væsentligt fra gennemsnittet.

Som du kan se af formlen, er værdien af ρ udtrykt i kg/m3i SI-systemet. Det karakteriserer mængden af et stof, der placeres i en enhed af dets volumen. Denne egenskab er i mange tilfælde kendetegn ved stoffer. Så for forskellige metaller, densiteten i kg / m3er anderledes, hvilket gør det muligt at identificere dem.

Metaller og deres tæthed

Metalmaterialer er faste stoffer ved stuetemperatur og atmosfærisk tryk (kviksølv er den eneste undtagelse). De har høj plasticitet, elektrisk og termisk ledningsevne og har en karakteristisk glans i overfladens polerede tilstand. Mange egenskaber ved metaller er forbundet med tilstedeværelsen af et ordnet krystalgitter, hvori positive ionkerner sidder ved knuderne, forbundet med hinanden ved hjælp af en negativ elektrongas.

Med hensyn til densiteten af metaller varierer den meget. Så de mindst tætte er alkali letmetaller, såsom lithium, kalium eller natrium. For eksempel er densiteten af lithium 534 kg/m3, hvilket er næsten halvdelen af vand. Det betyder, at lithium-, kalium- og natriumplader ikke synker i vand. På den anden side har overgangsmetaller såsom rhenium, osmium, iridium, platin og guld en enorm massefylde, som er 20 eller flere gange vands ρ.

Tabellen nedenfor viser densiteten af metaller. Alle værdier henviser til rumtemperatur i g/cm³. Hvis disse værdier ganges med 1.000, får vi ρ i kg/m^3.

Hvorfor findes der metaller med høj densitet og metaller med lav densitet? Faktum er, at værdien af ρ for hver specifik sag er bestemt af to hovedfaktorer:

1. Funktion af metallets krystalgitter. Hvis dette gitter indeholder atomer i den tætteste pakning, vil dets makroskopiske tæthed være højere. FCC- og hcp-gitre har den tætteste pakning.
2. Metalatomets fysiske egenskaber. Jo større dens masse og jo mindre radius, jo højere er værdien af ρ. Denne faktor forklarer, hvorfor højdensitetsmetaller er kemiske grundstoffer med et højt tal i det periodiske system.

Eksperimentel bestemmelse af tæthed

Antag, at vi har et stykke ukendt metal. Hvordan kan du bestemme dens tæthed? Genkalder vi formlen for ρ, når vi frem til svaret på det stillede spørgsmål. For at bestemme densiteten af metallet er det nok at veje det på enhver vægt og måle volumenet. Derefter skal den første værdi divideres med den anden, og husk at bruge de korrekte enheder.

Hvis den geometriske form af kroppen er kompleks, vil det ikke være let at måle dens volumen. I sådanne tilfælde kan du bruge Arkimedes lov, da volumenet af den fortrængte væske, når kroppen er nedsænket, vil være nøjagtigt lig med det målte volumen.

Metoden med hydrostatiske vægte, opfundet i slutningen af det 16. århundrede af Galileo, er også baseret på brugen af Arkimedes lov. Essensen af metoden er at måle kropsvægt i luft og derefter i væske. Hvis den første værdi er angivet med P₀, og den anden med P_{1, beregnes metaldensiteten i kg/m3 ved hjælp af følgende formel:}

ρ=P₀ ρ_l / (P₀ - P 1₎

Hvor ρ_{l er væskens massefylde.}

Teoretisk definition af tæthed

I ovenstående tabel over densiteter af kemiske grundstoffer er de metaller, for hvilke den teoretiske massefylde er angivet, markeret med rødt. Disse grundstoffer er radioaktive, og de blev fremstillet kunstigt i små mængder. Disse faktorer gør det vanskeligt at måle deres tæthed nøjagtigt. Værdien af ρ kan dog med succes beregnes.

Metoden til teoretisk bestemmelse af tæthed er ret enkel. For at gøre dette skal du kende massen af et atom, antallet af atomer i det elementære krystalgitter og typen af dette gitter.

Lad os f.eks. tage en beregning for jern. Dens atom har en masse på 55.847 amu. Jern under rumforhold har et bcc-gitter med en parameter på 2,866 ångstrøm. Da der er to atomer pr. elementær bcc-terning, får vi:

ρ=255, 8471, 6610^-27 / (2, 866³ 10 -30^{)=7,876 kg/m}3

Hvis vi sammenligner denne værdi med tabel 1, kan vi se, at de kun adskiller sig med tredje decimal.