Svaki učenik koji je upoznat s periodnim sustavom zna da količina metala u njemu čini većinu kemijskih elemenata. Jedna od važnih fizičkih karakteristika za njih je gustoća. Uzmite u obzir ovu vrijednost u članku i dajte tablicu gustoće metala i legura.
Što je gustoća
Ako uzmete iste količine plastike i čelika, onda će prvo biti puno lakše od drugog. Suprotno tome, komad plastike imat će točno istu težinu kao i komad čelika ako je puno većeg volumena. Razlog za ove razlike je takva fizička veličina kao što je gustoća. Formula za izračun je sljedeća:
ρ=m/V.
Ovdje je m masa tijela, V je njegov volumen. Grčko slovo ρ (rho) često se koristi za označavanje gustoće. Iz formule proizlazi da su mjerne jedinice u SI kilogrami po kubnom metru (kg/m3). Mogu se koristiti i nesistemske jedinice, kao što su g/cm3 ili g/l (za tekućine).
Što su metali
Prije nego što damo tablicu gustoće metala, objasnimo o kojoj tvari je riječ. Metalni materijali razlikuju se od nemetala po visokoj toplinskoj i električnoj vodljivosti i duktilnosti. To su njihove glavne razlikovne značajke. Postoje i manja svojstva, kao što su karakteristični metalni sjaj, savitljivost i niska elektronegativnost za svoje atome.
Svi metali pod normalnim uvjetima postoje u čvrstom obliku. Jedina iznimka je živa, za koju je temperatura kristalizacije -39oC. Čvrsti metal postoji u obliku kristalne rešetke. Potonji je skup atoma koji su u prostoru organizirani na određeni geometrijski način. Svaki čisti (jednokomponentni) metalni materijal postoji u jednoj od tri vrste kristalnih rešetki pod danim uvjetima. Ovo su sljedeće mreže:
- Face Centered Cubic (FCC).
- Body Centered Cubic (BCC).
- Heksagonalno zbijeno (hcp).
Ako se uvjeti (temperatura, tlak) promijene, tada metal može prijeći iz jednog u drugo kristalno stanje. Klasičan primjer je prijelaz bcc željeza u fcc kada temperatura padne ispod 1392oC, ili kada poraste iznad 911oC.
Tablica gustoće metala
Gustoću metala određuju dva glavna faktora:
- Vrsta kristalne rešetke i međuatomske udaljenosti u njoj.
- Masa atomakemijski element.
Tablica gustoće metala i drugih elemenata data je u nastavku.
Ovdje su brojke u g/cm3. Da bi se tablica gustoće metala izrazila u kg / m3, potrebno je odgovarajuću vrijednost pomnožiti s 1000. Tablica pokazuje da metali imaju vrlo različite gustoće. Mogu biti lakši od vode (natrij, litij, kalij) ili vrlo teški (iridij, osmij, platina, zlato).
Gustoća legura
Legure su višekomponentne tvari, na primjer, čelik je legura željeza i ugljika. Kristalna struktura legura je složenija nego kod čistih metala. Za čelik, koji se sastoji od željeza i atoma ugljika, postoji nekoliko mogućnosti njihovog međusobnog rasporeda (kruta otopina ugljika u bcc ili fcc željezu, nastajanje posebne faze - cementita, stvaranje inkluzija grafita i neke druge).
Što se tiče gustoće legura, u mnogim slučajevima ona se može procijeniti pomoću sljedeće jednostavne formule:
ρ=∑imi/∑iV i.
Gdje je i broj komponente u leguri. Ako se ovaj izraz primijeni na dvokomponentnu leguru, tada se može dobiti sljedeća formula:
ρ=ρ1ρ2/(ρ1+x(ρ2-ρ1)).
Gdje su ρ1 i ρ2 gustoće odgovarajućih komponenti, x je maseni udio prve komponente u legura. Definirano jedakle:
x=m1/(m1+ m2).
Tablica gustoće nekih legura u tonama po kubnom metru data je u nastavku.
Budući da svaka legura sadrži pretežno jednu komponentu (čelik - željezo, bronca - bakar, nikrom - nikal i tako dalje), nije iznenađujuće da su njihove gustoće bliske gustoći čistih metala.
