Плътността е важна физическа величина за всяко агрегатно състояние на материята. В тази статия ще разгледаме въпроса каква е плътността на металите, ще дадем таблица на този параметър за химичните елементи и ще говорим за най-плътния метал на Земята.
За каква физическа характеристика говорим?
Плътността е стойност, която характеризира количеството вещество в известен обем. Съгласно това определение може да се изчисли математически, както следва:
ρ=m/V.
Определете тази стойност с гръцката буква ρ (ro).
Плътността е универсална характеристика, защото може да се използва за сравняване на различни материали. Този факт може да се използва за идентифицирането им, което е направил гръцкият философ Архимед, според легендата (той успял да установи фалшива златна корона, като измерил стойността на ρ за нея).
Този параметър за конкретен материал зависи от два основни фактора:
- от масата на атомите и молекулите, които изграждат веществото;
- от средни междуатомни и междумолекулни разстояния.
Например, всеки от преходните метали (злато, желязо, ванадий, волфрам) има по-висока плътност от всеки въглероден материал, тъй като масата на последния атом е десет пъти по-малка. Друг пример. Графитът и диамантът са две въглеродни структури. Вторият е по-плътен, тъй като междуатомните разстояния в неговата решетка са по-малки.
Плътност на металите
Това е най-голямата група в периодичната таблица на Менделеев. Металът е всяко вещество, което има висока топло- и електрическа проводимост, характерен блясък на повърхността, когато е полиран, и способността да се подлага на пластична деформация.
Подобен химичен елемент има ниска електроотрицателност в сравнение с вещества като азот, кислород и въглерод. Този факт води до факта, че металните атоми в насипните структури образуват метална връзка помежду си. Това е електрическо взаимодействие между положително заредени йонни бази и отрицателен електронен газ.
Металните атоми в пространството са подредени под формата на подредена структура, която се нарича кристална решетка. Има само три вида:
- cubic;
- BCC (кубично центрирано по тялото);
- HCP (шестоъгълна плътно опакована);
- FCC (кубично центрирано по лицето).
Плътността на металите е физическа величина, която зависи от вида на кристалната решетка. По-долу е дадена таблица на този параметър за всички химични елементи в g / cm3, които при нормални условия са втвърдо състояние.
От таблицата следва, че плътността на металите е стойност, която варира в широк диапазон. И така, най-слабият е литият, който при същите обеми е два пъти по-лек от водата. Плътността на редкия метал осмий е най-висока в природата. Това е 22,59 g/cm3.
Как намирате стойността?
Плътността на металите е характеристика, която може да бъде дефинирана по два фундаментално различни начина:
- експериментално;
- теоретично.
Експерименталните методи са както следва:
- Директни измервания на телесното тегло и обем. Последното е лесно да се изчисли, ако геометричните параметри на тялото са известни и формата му е идеална, например призма, пирамида или топка.
- Хидростатични измервания. В този случай се използват специални везни, изобретени от Галилей през 16 век. Принципът на тяхното действие е доста прост: първо, тяло с неизвестна плътност се претегля във въздух, а след това в течност (вода). След това необходимата стойност се изчислява по проста формула.
Що се отнася до теоретичния метод за определяне на плътността на металите, това е доста прост метод, който изисква познаване на вида на кристалната решетка, междуатомното разстояние в нея и масата на атома. След това, използвайки примера с осмий, ще покажем как се използва този метод.
Плътност на редкия метал осмий
Тойоткрити в следи на нашата планета. Най-често се среща под формата на сплави с иридий и платина, както и под формата на оксиди. Осмият има hcp решетка с параметри a=2,7343 и c=4,32 ангстрьома. Средната маса на един атом е m=190,23 amu
Горните числа са достатъчни, за да се определи стойността на ρ. За да направите това, използвайте оригиналната формула за плътността и вземете предвид, че една шестоъгълна призма съдържа шест атома. В резултат на това стигаме до работната формула:
ρ=4m/(√3a2c).
Замествайки цифрите, написани по-горе и като вземем предвид техните размери, стигаме до резултата: ρ=22 579 kg/m3.
По този начин, плътността на редкия метал е 22,58 g/cm3, което е равно на експериментално измерената стойност на таблицата.
