Gustoća je važna fizička veličina za bilo koje agregatno stanje materije. U ovom članku ćemo razmotriti pitanje kolika je gustoća metala, dat ćemo tablicu ovog parametra za kemijske elemente i govoriti o najgušćem metalu na Zemlji.
O kojim fizičkim karakteristikama govorimo?
Gustoća je vrijednost koja karakterizira količinu tvari u poznatom volumenu. Prema ovoj definiciji, može se matematički izračunati na sljedeći način:
ρ=m/V.
Ovu vrijednost označite grčkim slovom ρ (ro).
Gustoća je univerzalna karakteristika jer se može koristiti za usporedbu različitih materijala. Ta se činjenica može koristiti za njihovu identifikaciju, što je, prema legendi, učinio grčki filozof Arhimed (uspio je uspostaviti lažnu zlatnu krunu mjerenjem vrijednosti ρ za nju).
Ovaj parametar za određeni materijal ovisi o dva glavna čimbenika:
- iz mase atoma i molekula koji čine tvar;
- iz prosječne međuatomske i međumolekularne udaljenosti.
Na primjer, bilo koji od prijelaznih metala (zlato, željezo, vanadij, volfram) ima veću gustoću od bilo kojeg ugljičnog materijala, budući da je masa potonjeg atoma deset puta manja. Još jedan primjer. Grafit i dijamant su dvije strukture ugljika. Drugi je gušći, budući da su međuatomske udaljenosti u njegovoj rešetki manje.
Gustoća metala
Ovo je najveća grupa u Mendeljejevom periodnom sustavu. Metal je svaka tvar koja ima visoku toplinsku i električnu vodljivost, karakterističan površinski sjaj kada je polirana i sposobnost plastične deformacije.
Takav kemijski element ima nisku elektronegativnost u usporedbi sa tvarima kao što su dušik, kisik i ugljik. Ova činjenica dovodi do činjenice da atomi metala u masivnim strukturama tvore metalnu vezu jedni s drugima. To je električna interakcija između pozitivno nabijenih ionskih baza i plina negativnog elektrona.
Atomi metala u prostoru su raspoređeni u obliku uređene strukture, koja se naziva kristalna rešetka. Postoje samo tri vrste:
- cubic;
- BCC (kubni centar tijela);
- HCP (šesterokutni zbijeno);
- FCC (cubic s licem).
Gustoća metala je fizička veličina koja ovisi o vrsti kristalne rešetke. Ispod je tablica ovog parametra za sve kemijske elemente u g / cm3, koji se u normalnim uvjetima nalaze učvrsto stanje.
Iz tablice proizlazi da je gustoća metala vrijednost koja varira u širokom rasponu. Dakle, najslabiji je litij, koji je, s istim volumenima, dva puta lakši od vode. Gustoća rijetkih metala osmija najveća je u prirodi. To je 22,59 g/cm3.
Kako pronalazite vrijednost?
Gustoća metala je karakteristika koja se može definirati na dva bitno različita načina:
- eksperimentalno;
- teoretski.
Eksperimentalne metode su sljedeće:
- Izravna mjerenja tjelesne težine i volumena. Potonje je lako izračunati ako su poznati geometrijski parametri tijela, a njegov oblik je idealan, na primjer, prizma, piramida ili lopta.
- Hidrostatička mjerenja. U ovom slučaju koriste se posebne vage koje je izumio Galileo u 16. stoljeću. Princip njihovog rada je prilično jednostavan: prvo se tijelo nepoznate gustoće važe u zraku, a zatim u tekućini (vodi). Nakon toga, tražena vrijednost se izračunava pomoću jednostavne formule.
Što se tiče teorijske metode za određivanje gustoće metala, ovo je prilično jednostavna metoda koja zahtijeva poznavanje vrste kristalne rešetke, međuatomske udaljenosti u njoj i mase atoma. Zatim ćemo, koristeći primjer osmija, pokazati kako se ova metoda koristi.
Gustoća rijetkih metala osmija
Onpronađeni u tragovima na našem planetu. Najčešće se nalazi u obliku legura s iridijem i platinom, kao iu obliku oksida. Osmij ima hcp rešetku s parametrima a=2,7343 i c=4,32 angstroma. Prosječna masa jednog atoma je m=190,23 amu
Navedeni brojevi su dovoljni za određivanje vrijednosti ρ. Da biste to učinili, koristite izvornu formulu za gustoću i uzmite u obzir da jedna šesterokutna prizma sadrži šest atoma. Kao rezultat, dolazimo do radne formule:
ρ=4m/(√3a2c).
Zamjenjujući gore napisane brojke i uzimajući u obzir njihove dimenzije, dolazimo do rezultata: ρ=22 579 kg/m3.
Dakle, gustoća rijetkog metala iznosi 22,58 g/cm3, što je jednako eksperimentalno izmjerenoj tabličnoj vrijednosti.
