Tetthet er en viktig fysisk størrelse for enhver aggregert materietilstand. I denne artikkelen vil vi vurdere spørsmålet om hva som er tettheten til metaller, vi vil gi en tabell over denne parameteren for kjemiske elementer og snakke om det tetteste metallet på jorden.
Hvilken fysisk egenskap snakker vi om?
Tetthet er en verdi som karakteriserer mengden av et stoff i et kjent volum. I henhold til denne definisjonen kan den beregnes matematisk som følger:
ρ=m/V.
Angi denne verdien med den greske bokstaven ρ (ro).
Tetthet er en universell egenskap fordi den kan brukes til å sammenligne forskjellige materialer. Dette faktum kan brukes til å identifisere dem, som er hva den greske filosofen Archimedes gjorde, ifølge legenden (han var i stand til å etablere en falsk gullkrone ved å måle verdien av ρ for den).
Denne parameteren for et bestemt materiale avhenger av to hovedfaktorer:
- fra massen til atomene og molekylene som utgjør stoffet;
- fra gjennomsnittlige interatomiske og intermolekylære avstander.
For eksempel har et hvilket som helst av overgangsmetallene (gull, jern, vanadium, wolfram) en høyere tetthet enn noe karbonmateriale, siden massen til sistnevnte atom er ti ganger mindre. Et annet eksempel. Grafitt og diamant er to karbonstrukturer. Den andre er tettere, siden de interatomiske avstandene i gitteret er mindre.
Tetthet av metaller
Dette er den største gruppen i Mendeleevs periodiske system. Et metall er ethvert stoff som har høy termisk og elektrisk ledningsevne, en karakteristisk overflateglans når det poleres, og evnen til å gjennomgå plastisk deformasjon.
Et slikt grunnstoff har lav elektronegativitet sammenlignet med stoffer som nitrogen, oksygen og karbon. Dette faktum fører til det faktum at metallatomer i bulkstrukturer danner en metallisk binding med hverandre. Det er en elektrisk interaksjon mellom positivt ladede ioniske baser og en negativ elektrongass.
Metalatomer i rommet er ordnet i form av en ordnet struktur, som kalles et krystallgitter. Det er bare tre typer:
- cubic;
- BCC (kroppssentrert kubikk);
- HCP (sekskantet tettpakket);
- FCC (ansiktssentrert kubikk).
Tettheten av metaller er en fysisk størrelse som avhenger av typen krystallgitter. Nedenfor er en tabell over denne parameteren for alle kjemiske elementer i g / cm3, som under normale forhold er isolid state.
Av tabellen følger det at tettheten av metaller er en verdi som varierer over et bredt område. Så den svakeste er litium, som med samme volumer er to ganger lettere enn vann. Tettheten til det sjeldne metallet osmium er den høyeste i naturen. Den er 22,59 g/cm3.
Hvordan finner du verdien?
Tettheten av metaller er en egenskap som kan defineres på to fundament alt forskjellige måter:
- eksperimentell;
- teoretisk.
Eksperimentelle metoder er som følger:
- Direkte målinger av kroppsvekt og volum. Sistnevnte er lett å beregne hvis de geometriske parametrene til kroppen er kjent, og formen er ideell, for eksempel et prisme, en pyramide eller en ball.
- Hydrostatiske målinger. I dette tilfellet brukes spesielle skalaer, oppfunnet av Galileo på 1500-tallet. Prinsippet for deres operasjon er ganske enkelt: først veies en kropp med ukjent tetthet i luft, og deretter i en væske (vann). Deretter beregnes den nødvendige verdien ved hjelp av en enkel formel.
Når det gjelder den teoretiske metoden for å bestemme tettheten til metaller, er dette en ganske enkel metode som krever kunnskap om typen krystallgitter, den interatomiske avstanden i det og massen til atomet. Deretter, ved å bruke eksempelet med osmium, vil vi vise hvordan denne metoden brukes.
Tetthet av det sjeldne metallet osmium
Hanfunnet i spormengder på planeten vår. Oftest finnes det i form av legeringer med iridium og platina, så vel som i form av oksider. Osmium har et hcp-gitter med parametere a=2,7343 og c=4,32 ångstrøm. Gjennomsnittlig masse av ett atom er m=190,23 amu
Tallene ovenfor er nok til å bestemme verdien av ρ. For å gjøre dette, bruk den opprinnelige formelen for tettheten og ta hensyn til at ett sekskantet prisme inneholder seks atomer. Som et resultat kommer vi til arbeidsformelen:
ρ=4m/(√3a2c).
Ved å erstatte tallene skrevet ovenfor og ta hensyn til deres dimensjoner, kommer vi til resultatet: ρ=22 579 kg/m3.
Dermed er tettheten til et sjeldent metall 22,58 g/cm3, som er lik den eksperimentelt målte tabellverdien.
