Densitatea este o cantitate fizică importantă pentru orice stare agregată a materiei. În acest articol, vom lua în considerare întrebarea care este densitatea metalelor, vom oferi un tabel cu acest parametru pentru elementele chimice și vom vorbi despre cel mai dens metal de pe Pământ.
Despre ce caracteristică fizică vorbim?
Densitatea este o valoare care caracterizează cantitatea de substanță dintr-un volum cunoscut. Conform acestei definiții, poate fi calculat matematic după cum urmează:
ρ=m/V.
Desemnați această valoare cu litera greacă ρ (ro).
Densitatea este o caracteristică universală, deoarece poate fi folosită pentru a compara diferite materiale. Acest fapt poate fi folosit pentru a le identifica, ceea ce a făcut filozoful grec Arhimede, conform legendei (a fost capabil să stabilească o coroană de aur falsă măsurând valoarea lui ρ pentru aceasta).
Acest parametru pentru un anumit material depinde de doi factori principali:
- din masa atomilor și moleculelor care alcătuiesc substanța;
- de la distanțe medii interatomice și intermoleculare.
De exemplu, oricare dintre metalele de tranziție (aur, fier, vanadiu, wolfram) are o densitate mai mare decât orice material carbonic, deoarece masa ultimului atom este de zece ori mai mică. Alt exemplu. Grafitul și diamantul sunt două structuri de carbon. Al doilea este mai dens, deoarece distanțele interatomice din rețeaua sa sunt mai mici.
Densitatea metalelor
Acesta este cel mai mare grup din tabelul periodic al lui Mendeleev. Un metal este orice substanță care are o conductivitate termică și electrică ridicată, un luciu caracteristic al suprafeței atunci când este lustruită și capacitatea de a suferi deformare plastică.
Un astfel de element chimic are o electronegativitate scăzută în comparație cu substanțe precum azotul, oxigenul și carbonul. Acest fapt duce la faptul că atomii de metal din structurile în vrac formează o legătură metalică între ei. Este o interacțiune electrică între baze ionice încărcate pozitiv și un gaz de electroni negativi.
Atomii de metal din spațiu sunt aranjați sub forma unei structuri ordonate, care se numește rețea cristalină. Există doar trei tipuri:
- cubic;
- BCC (cubic centrat pe corp);
- HCP (aglomerat hexagonal);
- FCC (cubic centrat pe față).
Densitatea metalelor este o mărime fizică care depinde de tipul rețelei cristaline. Mai jos este un tabel al acestui parametru pentru toate elementele chimice în g/cm3, care în condiții normale sunt înstare solidă.
Din tabel rezultă că densitatea metalelor este o valoare care variază într-un interval larg. Deci, cel mai slab este litiul, care, cu aceleași volume, este de două ori mai ușor decât apa. Densitatea osmiului de metal rar este cea mai mare din natură. Este 22,59 g/cm3.
Cum găsiți valoarea?
Densitatea metalelor este o caracteristică care poate fi definită în două moduri fundamental diferite:
- experimental;
- teoretic.
Metodele experimentale sunt următoarele:
- Măsurări directe ale greutății corporale și ale volumului. Acesta din urmă este ușor de calculat dacă parametrii geometrici ai corpului sunt cunoscuți, iar forma lui este ideală, de exemplu, o prismă, o piramidă sau o minge.
- Măsurări hidrostatice. În acest caz, se folosesc cântare speciale, inventate de Galileo în secolul al XVI-lea. Principiul funcționării lor este destul de simplu: mai întâi, un corp cu densitate necunoscută este cântărit în aer, apoi într-un lichid (apă). După aceea, valoarea necesară este calculată folosind o formulă simplă.
În ceea ce privește metoda teoretică de determinare a densității metalelor, aceasta este o metodă destul de simplă care necesită cunoașterea tipului rețelei cristaline, a distanței interatomice în ea și a masei atomului. În continuare, folosind exemplul osmiului, vom arăta cum este utilizată această metodă.
Densitatea osmiului de metal rar
Elgăsite în urme pe planeta noastră. Cel mai adesea se găsește sub formă de aliaje cu iridiu și platină, precum și sub formă de oxizi. Osmiul are o rețea hcp cu parametrii a=2,7343 și c=4,32 angstromi. Masa medie a unui atom este m=190,23 amu
Numerele de mai sus sunt suficiente pentru a determina valoarea lui ρ. Pentru a face acest lucru, utilizați formula originală pentru densitate și luați în considerare faptul că o prismă hexagonală conține șase atomi. Ca rezultat, ajungem la formula de lucru:
ρ=4m/(√3a2c).
Înlocuind cifrele scrise mai sus și ținând cont de dimensiunile acestora, ajungem la rezultatul: ρ=22 579 kg/m3.
Astfel, densitatea unui metal rar este de 22,58 g/cm3, care este egală cu valoarea tabelului măsurată experimental.
