Всеки ученик, който е запознат с периодичната таблица, знае, че количеството метали в нея съставлява повечето от химичните елементи. Една от важните физически характеристики за тях е плътността. Помислете за тази стойност в статията и дайте таблица за плътността на металите и сплавите.
Какво е плътността
Ако вземете едни и същи обеми пластмаса и стомана, тогава първото ще бъде много по-лесно от второто. Обратно, парче пластмаса ще има точно същото тегло като парче стомана, ако е много по-голямо по обем. Причината за тези разлики е такава физическа величина като плътност. Формулата за изчисляването му е както следва:
ρ=m/V.
Тук m е масата на тялото, V е неговият обем. Гръцката буква ρ (rho) често се използва за означаване на плътност. От формулата следва, че мерните единици в SI са килограми на кубичен метър (kg/m3). Могат да се използват и несистемни единици, като g/cm3 или g/l (за течности).
Какво са метали
Преди да дадем таблица за плътността на металите, нека обясним за какво вещество говорим. Металните материали се различават от неметалните по висока топло- и електрическа проводимост и пластичност. Това са основните им отличителни черти. Има и незначителни свойства, като например притежаването на характерен метален блясък, ковкост и ниска електроотрицателност за техните атоми.
Всички метали при нормални условия съществуват в твърда форма. Единственото изключение е живакът, за който температурата на кристализация е -39oC. Твърдият метал съществува под формата на кристална решетка. Последният е съвкупност от атоми, които са организирани в пространството по определен геометричен начин. Всеки чист (еднокомпонентен) метален материал съществува в един от трите типа кристални решетки при дадени условия. Това са следните решетки:
- Cace Centered Cubic (FCC).
- Центриран кубик (BCC).
- Шестоъгълна плътно уплътнена (hcp).
Ако условията (температура, налягане) се променят, тогава металът може да премине от едно в друго кристално състояние. Класически пример е преходът на bcc желязо към fcc, когато температурата падне под 1392oC, или когато се повиши над 911oC.
Таблица за плътност на метала
Плътността на металите се определя от два основни фактора:
- Вида на кристалната решетка и междуатомните разстояния в нея.
- Масата на атомхимичен елемент.
Таблица на плътността на метали и други елементи е дадена по-долу.
Ето цифри в g/cm3. За да може таблицата за плътност на металите да бъде изразена в kg / m3, е необходимо съответната стойност да се умножи по 1000. Таблицата показва, че металите имат много различни плътности. Те могат да бъдат по-леки от водата (натрий, литий, калий) или много тежки (иридий, осмий, платина, злато).
Плътност на сплавите
Сплавите са многокомпонентни вещества, например стоманата е сплав от желязо и въглерод. Кристалната структура на сплавите е по-сложна, отколкото на чистите метали. За стоманата, която се състои от желязо и въглеродни атоми, има няколко възможности за тяхното взаимно подреждане (твърд разтвор на въглерод в bcc или fcc желязо, образуване на специална фаза - цементит, образуване на графитни включвания и някои други).
Що се отнася до плътността на сплавите, в много случаи тя може да бъде оценена по следната проста формула:
ρ=∑imi/∑iV i.
Където i е номерът на компонента в сплавта. Ако този израз се приложи към двукомпонентна сплав, тогава може да се получи следната формула:
ρ=ρ1ρ2/(ρ1+x(ρ2-ρ1)).
Където ρ1 и ρ2 са плътностите на съответните компоненти, x е масовата част на първия компонент в сплав. То е определенотака че:
x=m1/(m1+ m2).
Таблица за плътността на някои сплави в тонове на кубичен метър е дадена по-долу.
Тъй като всяка сплав съдържа предимно един компонент (стомана - желязо, бронз - мед, нихром - никел и т.н.), не е изненадващо, че тяхната плътност е близка до тази на чистите метали.
