Metali su kemijski elementi koji čine većinu periodnog sustava D. I. Mendeljejeva. U ovom članku razmotrit ćemo tako važno fizičko svojstvo kao što je gustoća, a također ćemo dati tablicu gustoće metala u kg / m3.
Gustoća materije
Prije nego se pozabavimo gustoćom metala u kg/m3, upoznajmo se sa samom fizičkom količinom. Gustoća je omjer tjelesne mase m i njegovog volumena V u prostoru, koji se matematički može napisati na sljedeći način:
ρ=m / V
Proučavana vrijednost obično se označava slovom grčke abecede ρ (ro).
Ako različiti dijelovi tijela imaju različite mase, tada pomoću napisane formule možete odrediti prosječnu gustoću. U ovom slučaju, lokalna gustoća može se značajno razlikovati od prosjeka.
Kao što možete vidjeti iz formule, vrijednost ρ je izražena u kg/m3u SI sustavu. Karakterizira količinu tvari koja se nalazi u jedinici njezina volumena. Ova karakteristika je u mnogim slučajevima obilježje tvari. Dakle, za različite metale, gustoća u kg / m3je drugačiji, što omogućuje njihovu identifikaciju.
Metali i njihova gustoća
Metalni materijali su krute tvari na sobnoj temperaturi i atmosferskom tlaku (živa je jedina iznimka). Imaju visoku plastičnost, električnu i toplinsku vodljivost i karakterističan sjaj u poliranom stanju površine. Mnoga svojstva metala povezana su s prisutnošću uređene kristalne rešetke u kojoj su pozitivne ionske jezgre smještene na čvorovima, međusobno povezane pomoću plina negativnog elektrona.
Što se tiče gustoće metala, ona uvelike varira. Dakle, najmanje gustoće su alkalni laki metali, kao što su litij, kalij ili natrij. Na primjer, gustoća litija je 534 kg/m3, što je gotovo upola manje od vode. To znači da litijeve, kalijeve i natrijeve ploče neće potonuti u vodi. S druge strane, prijelazni metali kao što su renij, osmij, iridij, platina i zlato imaju ogromnu gustoću, koja je 20 ili više puta veća od ρ vode.
Tablica ispod prikazuje gustoću metala. Sve vrijednosti se odnose na sobnu temperaturu u g/cm3. Ako se te vrijednosti pomnože s 1.000, tada dobivamo ρ u kg/m3.
Zašto postoje metali visoke gustoće i metali niske gustoće? Činjenica je da vrijednost ρ za svaki konkretan slučaj određuju dva glavnafaktori:
- Obilježje kristalne rešetke metala. Ako ova rešetka sadrži atome u najgušćem pakiranju, tada će njezina makroskopska gustoća biti veća. FCC i hcp rešetke imaju najgušće pakiranje.
- Fizička svojstva atoma metala. Što je veća njegova masa i manji polumjer, to je veća vrijednost ρ. Ovaj faktor objašnjava zašto su metali visoke gustoće kemijski elementi s velikim brojem u periodnom sustavu.
Eksperimentalno određivanje gustoće
Pretpostavimo da imamo komad nepoznatog metala. Kako možete odrediti njegovu gustoću? Prisjećajući se formule za ρ, dolazimo do odgovora na postavljeno pitanje. Da biste odredili gustoću metala, dovoljno ga je izvagati na bilo kojoj vagi i izmjeriti volumen. Zatim prvu vrijednost treba podijeliti s drugom, ne zaboravite koristiti ispravne jedinice.
Ako je geometrijski oblik tijela složen, tada neće biti lako izmjeriti njegov volumen. U takvim slučajevima možete koristiti Arhimedov zakon, budući da će volumen istisnute tekućine kada je tijelo uronjeno biti točno jednak izmjerenom volumenu.
Metoda hidrostatskih utega, koju je krajem 16. stoljeća izumio Galileo, također se temelji na korištenju Arhimedovog zakona. Bit metode je mjerenje tjelesne težine u zraku, a zatim u tekućini. Ako je prva vrijednost označena s P0, a druga s P1, tada se gustoća metala u kg/m3 izračunava pomoću sljedećeg formula:
ρ=P0 ρl / (P0 - P 1)
Gdje je ρl gustoća tekućine.
Teorijska definicija gustoće
U gornjoj tablici gustoća kemijskih elemenata, metali za koje je data teorijska gustoća označeni su crvenom bojom. Ovi elementi su radioaktivni, a dobiveni su umjetno u malim količinama. Ti čimbenici otežavaju precizno mjerenje njihove gustoće. Međutim, vrijednost ρ se može uspješno izračunati.
Metoda teoretskog određivanja gustoće je prilično jednostavna. Da biste to učinili, morate znati masu jednog atoma, broj atoma u elementarnoj kristalnoj rešetki i tip ove rešetke.
Na primjer, uzmimo izračun za željezo. Njegov atom ima masu od 55,847 amu. Željezo u sobnim uvjetima ima bcc rešetku s parametrom od 2,866 angstroma. Budući da postoje dva atoma po elementarnoj bcc kocki, dobivamo:
ρ=255, 8471, 6610-27 / (2, 8663 10 -30)=7,876 kg/m3
Ako ovu vrijednost usporedimo s tabličnom, možemo vidjeti da se razlikuju samo na trećem decimalu.
