Металите са химични елементи, които съставляват по-голямата част от периодичната таблица на Д. И. Менделеев. В тази статия ще разгледаме такова важно физическо свойство като плътността, а също така ще дадем таблица на плътността на металите в kg / m3.
Плътност на материята
Преди да се заемем с плътността на металите в kg/m3, нека се запознаем със самото физическо количество. Плътността е съотношението на телесната маса m към неговия обем V в пространството, което може да се запише математически, както следва:
ρ=m / V
Изследваната стойност обикновено се обозначава с буквата на гръцката азбука ρ (ro).
Ако различните части на тялото имат различни маси, тогава с помощта на написаната формула можете да определите средната плътност. В този случай местната плътност може да се различава значително от средната.
Както можете да видите от формулата, стойността на ρ се изразява в kg/m3 в системата SI. Той характеризира количеството вещество, което е поставено в единица от неговия обем. Тази характеристика в много случаи е отличителен белег на веществата. Така че, за различни метали, плътността в kg / m3е различен, позволявайки им да бъдат идентифицирани.
Металите и тяхната плътност
Металните материали са твърди вещества при стайна температура и атмосферно налягане (живакът е единственото изключение). Те имат висока пластичност, електрическа и топлопроводимост и имат характерен блясък в полирано състояние на повърхността. Много свойства на металите са свързани с наличието на подредена кристална решетка, в която положителни йонни ядра седят във възлите, свързани помежду си с помощта на отрицателен електронен газ.
Що се отнася до плътността на металите, тя варира значително. Така че, най-малко плътни са алкалните леки метали, като литий, калий или натрий. Например, плътността на лития е 534 kg/m3, което е почти половината от това на водата. Това означава, че литиеви, калиеви и натриеви плочи няма да потънат във вода. От друга страна, преходните метали като рений, осмий, иридий, платина и злато имат огромна плътност, която е 20 или повече пъти по-голяма от ρ на водата.
Таблицата по-долу показва плътността на металите. Всички стойности се отнасят за стайна температура в g/cm3. Ако тези стойности се умножат по 1000, тогава получаваме ρ в kg/m3.
Защо има метали с висока плътност и метали с ниска плътност? Факт е, че стойността на ρ за всеки конкретен случай се определя от две основнифактори:
- Характеристика на кристалната решетка на метала. Ако тази решетка съдържа атоми в най-плътната опаковка, тогава нейната макроскопска плътност ще бъде по-висока. FCC и hcp решетките имат най-плътна опаковка.
- Физически свойства на металния атом. Колкото по-голяма е неговата маса и по-малък е радиусът, толкова по-висока е стойността на ρ. Този фактор обяснява защо металите с висока плътност са химически елементи с голямо число в периодичната таблица.
Експериментално определяне на плътността
Да предположим, че имаме парче неизвестен метал. Как можете да определите неговата плътност? Припомняйки формулата за ρ, стигаме до отговора на зададения въпрос. За да определите плътността на метала, достатъчно е да го претеглите на всяка везна и да измерите обема. След това първата стойност трябва да бъде разделена на втората, като не забравяте да използвате правилните единици.
Ако геометричната форма на тялото е сложна, тогава няма да е лесно да се измери неговият обем. В такива случаи можете да използвате закона на Архимед, тъй като обемът на изместената течност при потапяне на тялото ще бъде точно равен на измерения обем.
Методът на хидростатичните тежести, изобретен в края на 16-ти век от Галилей, също се основава на използването на закона на Архимед. Същността на метода е да се измери телесното тегло във въздух и след това в течност. Ако първата стойност е обозначена с P0, а втората с P1, тогава плътността на метала в kg/m3 се изчислява, като се използва следното формула:
ρ=P0 ρl / (P0 - P 1)
Където ρl е плътността на течността.
Теоретична дефиниция на плътността
В горната таблица на плътностите на химичните елементи, металите, за които е дадена теоретичната плътност, са отбелязани в червено. Тези елементи са радиоактивни и са получени изкуствено в малки количества. Тези фактори затрудняват точното измерване на тяхната плътност. Въпреки това, стойността на ρ може да бъде успешно изчислена.
Методът за теоретично определяне на плътността е доста прост. За да направите това, трябва да знаете масата на един атом, броя на атомите в елементарната кристална решетка и вида на тази решетка.
Например, нека вземем изчисление за желязо. Неговият атом има маса от 55,847 amu. Желязото при стайни условия има Bcc решетка с параметър от 2,866 ангстрьома. Тъй като има два атома на елементарен Bcc куб, получаваме:
ρ=255, 8471, 6610-27 / (2, 8663 10 -30)=7,876 kg/m3
Ако сравним тази стойност с табличната, можем да видим, че се различават само на третия знак след десетичната запетая.
