Metalele sunt elemente chimice care alcătuiesc cea mai mare parte a tabelului periodic al lui D. I. Mendeleev. În acest articol, vom lua în considerare o proprietate fizică atât de importantă precum densitatea și, de asemenea, vom oferi un tabel cu densitatea metalelor în kg / m3.
Densitatea materiei
Înainte de a ne ocupa de densitatea metalelor în kg/m3, să ne familiarizăm cu mărimea fizică în sine. Densitatea este raportul dintre masa corporală m și volumul său V în spațiu, care poate fi scris matematic după cum urmează:
ρ=m / V
Valoarea studiată este de obicei notă cu litera alfabetului grecesc ρ (ro).
Dacă diferite părți ale corpului au mase diferite, atunci folosind formula scrisă, puteți determina densitatea medie. În acest caz, densitatea locală poate diferi semnificativ de medie.
După cum puteți vedea din formulă, valoarea lui ρ este exprimată în kg/m3 în sistemul SI. Caracterizează cantitatea de substanță care este plasată într-o unitate a volumului acesteia. Această caracteristică este în multe cazuri semnul distinctiv al substanțelor. Deci, pentru diferite metale, densitatea în kg / m3este diferit, permițându-le să fie identificate.
Metale și densitatea lor
Materialele metalice sunt solide la temperatura camerei și presiunea atmosferică (mercurul este singura excepție). Au plasticitate mare, conductivitate electrică și termică și au un luciu caracteristic în starea lustruită a suprafeței. Multe proprietăți ale metalelor sunt asociate cu prezența unei rețele cristaline ordonate în care miezurile ionice pozitive se află la noduri, conectate între ele prin intermediul unui gaz de electroni negativi.
În ceea ce privește densitatea metalelor, aceasta variază foarte mult. Deci, cele mai puțin dense sunt metalele alcaline ușoare, precum litiul, potasiul sau sodiul. De exemplu, densitatea litiului este de 534 kg/m3, care este aproape jumătate din cea a apei. Aceasta înseamnă că plăcile de litiu, potasiu și sodiu nu se vor scufunda în apă. Pe de altă parte, metalele de tranziție precum reniul, osmiul, iridiul, platina și aurul au o densitate uriașă, care este de 20 de ori sau mai mult decât ρ apei.
Tabelul de mai jos arată densitatea metalelor. Toate valorile se referă la temperatura camerei în g/cm3. Dacă aceste valori sunt înmulțite cu 1.000, atunci obținem ρ în kg/m3.
De ce există metale cu densitate mare și metale cu densitate scăzută? Faptul este că valoarea lui ρ pentru fiecare caz specific este determinată de două principalefactori:
- Caracteristică a rețelei cristaline a metalului. Dacă această rețea conține atomi în cea mai densă împachetare, atunci densitatea sa macroscopică va fi mai mare. Grilele FCC și hcp au cea mai densă împachetare.
- Proprietățile fizice ale atomului de metal. Cu cât masa sa este mai mare și cu cât raza este mai mică, cu atât valoarea lui ρ este mai mare. Acest factor explică de ce metalele cu densitate mare sunt elemente chimice cu un număr mare în tabelul periodic.
Determinarea experimentală a densității
Să presupunem că avem o bucată de metal necunoscut. Cum ii poti determina densitatea? Reamintind formula pentru ρ, ajungem la răspunsul la întrebarea adresată. Pentru a determina densitatea metalului, este suficient să-l cântăriți pe orice balanță și să măsurați volumul. Apoi, prima valoare trebuie împărțită la a doua, amintindu-ne să folosiți unitățile corecte.
Dacă forma geometrică a corpului este complexă, atunci nu va fi ușor să-i măsurați volumul. În astfel de cazuri, puteți folosi legea lui Arhimede, deoarece volumul lichidului deplasat atunci când corpul este scufundat va fi exact egal cu volumul măsurat.
Metoda greutăților hidrostatice, inventată la sfârșitul secolului al XVI-lea de Galileo, se bazează și pe folosirea legii lui Arhimede. Esența metodei este măsurarea greutății corporale în aer și apoi în lichid. Dacă prima valoare este notată cu P0, iar a doua cu P1, atunci densitatea metalului în kg/m3 se calculează folosind următoarele formula:
ρ=P0 ρl / (P0 - P 1)
Unde ρl este densitatea lichidului.
Definiția teoretică a densității
În tabelul de mai sus al densităților elementelor chimice, metalele pentru care este dată densitatea teoretică sunt marcate cu roșu. Aceste elemente sunt radioactive și au fost obținute artificial în cantități mici. Acești factori fac dificilă măsurarea cu precizie a densității lor. Cu toate acestea, valoarea lui ρ poate fi calculată cu succes.
Metoda de determinare teoretică a densității este destul de simplă. Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți masa unui atom, numărul de atomi din rețeaua cristalină elementară și tipul acestei rețele.
De exemplu, să luăm un calcul pentru fier. Atomul său are o masă de 55,847 amu. Fierul de călcat în condiții de cameră are o rețea bcc cu un parametru de 2.866 angstromi. Deoarece există doi atomi pe cub elementar bcc, obținem:
ρ=255, 8471, 6610-27 / (2, 8663 10 -30)=7,876 kg/m3
Dacă comparăm această valoare cu cea din tabelul unu, putem vedea că ele diferă doar la a treia zecimală.
