Mi a fémek sűrűsége, hogyan határozható meg? Az ozmium sűrűségének számítása

Tartalomjegyzék:

Mi a fémek sűrűsége, hogyan határozható meg? Az ozmium sűrűségének számítása
Mi a fémek sűrűsége, hogyan határozható meg? Az ozmium sűrűségének számítása
Anonim

A sűrűség minden halmazállapotú anyag fontos fizikai mennyisége. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a fémek sűrűségének kérdését, táblázatot adunk ennek a paraméternek a kémiai elemekhez, és beszélünk a Föld legsűrűbb féméről.

Milyen fizikai jellemzőről beszélünk?

A sűrűség egy olyan érték, amely egy ismert térfogatban lévő anyag mennyiségét jellemzi. E definíció szerint matematikailag a következőképpen számítható ki:

ρ=m/V.

Jelölje ezt az értéket a görög ρ (ro) betűvel.

A sűrűség univerzális jellemző, mert különböző anyagok összehasonlítására használható. Ez a tény felhasználható az azonosításukra, amit a legenda szerint Arkhimédész görög filozófus is megtett (hamis aranykoronát tudott állítani úgy, hogy megmérte a ρ értékét).

Ez a paraméter egy adott anyaghoz két fő tényezőtől függ:

  • az anyagot alkotó atomok és molekulák tömegéből;
  • átlagos interatomi és intermolekuláris távolságokból.

Például bármely átmeneti fém (arany, vas, vanádium, volfrám) nagyobb sűrűségű, mint bármely szénanyagnak, mivel az utóbbi atom tömege tízszer kisebb. Egy másik példa. A grafit és a gyémánt két szénszerkezet. A második sűrűbb, mivel a rácsában az atomközi távolságok kisebbek.

Fémek sűrűsége

Ez a legnagyobb csoport Mengyelejev periódusos rendszerében. Fém minden olyan anyag, amelynek magas a hő- és elektromos vezetőképessége, jellegzetes felületi fénye van polírozva, és képes plasztikus deformációra.

Egy ilyen kémiai elem elektronegativitása alacsony az olyan anyagokhoz képest, mint a nitrogén, az oxigén és a szén. Ez a tény ahhoz a tényhez vezet, hogy az ömlesztett szerkezetekben lévő fématomok fémes kötést képeznek egymással. Ez egy elektromos kölcsönhatás pozitív töltésű ionbázisok és negatív elektrongáz között.

A fématomok a térben rendezett struktúra formájában helyezkednek el, amelyet kristályrácsnak neveznek. Csak három típus létezik:

  • köbös;
  • BCC (testközpontú köb);
  • HCP (hatszögletű szorosan csomagolt);
  • FCC (arcközpontú kocka).

A fémek sűrűsége egy fizikai mennyiség, amely a kristályrács típusától függ. Az alábbiakban egy táblázat látható ennek a paraméternek az összes kémiai elemére vonatkozóan g / cm3-ban, amelyek normál körülmények közöttszilárdtest.

A kémiai elemek sűrűségeinek táblázata
A kémiai elemek sűrűségeinek táblázata

A táblázatból az következik, hogy a fémek sűrűsége széles tartományban változó érték. Tehát a leggyengébb a lítium, amely azonos térfogattal kétszer könnyebb, mint a víz. A ritka fém ozmium sűrűsége a legnagyobb a természetben. 22,59 g/cm3.

Hogyan találja meg az értéket?

A fémek sűrűsége két alapvetően eltérő módon definiálható jellemző:

  • kísérleti;
  • elméleti.
Hidrosztatikus egyensúly
Hidrosztatikus egyensúly

A kísérleti módszerek a következők:

  1. A testtömeg és térfogat közvetlen mérése. Ez utóbbi könnyen kiszámítható, ha ismertek a test geometriai paraméterei, és ideális az alakja, például prizma, gúla vagy golyó.
  2. Hidrosztatikus mérések. Ebben az esetben speciális mérlegeket használnak, amelyeket Galilei talált fel a 16. században. Működésük elve meglehetősen egyszerű: először egy ismeretlen sűrűségű testet mérnek le levegőben, majd folyadékban (vízben). Ezt követően a szükséges értéket egy egyszerű képlet segítségével számítjuk ki.

Ami a fémek sűrűségének meghatározásának elméleti módszerét illeti, ez egy meglehetősen egyszerű módszer, amelyhez ismerni kell a kristályrács típusát, a benne lévő atomi távolságot és az atom tömegét. Ezután az ozmium példáján bemutatjuk ennek a módszernek a használatát.

A ritka fém ozmium sűrűsége

Kristályrács hcp
Kristályrács hcp

Őnyomokban megtalálható bolygónkon. Leggyakrabban irídiummal és platinával készült ötvözetek, valamint oxidok formájában található meg. Az ozmiumnak van egy hcp-rácsa a=2,7343 és c=4,32 angström paraméterekkel. Egy atom átlagos tömege m=190,23 amu

A fenti számok elegendőek ρ értékének meghatározásához. Ehhez használja a sűrűség eredeti képletét, és vegye figyelembe, hogy egy hatszögletű prizma hat atomot tartalmaz. Ennek eredményeként a következő munkaképlethez jutunk:

ρ=4m/(√3a2c).

A fent írt ábrákat behelyettesítve és méreteiket figyelembe véve az eredményhez jutunk: ρ=22 579 kg/m3.

Ozmium fém
Ozmium fém

Így egy ritka fém sűrűsége 22,58 g/cm3, ami megegyezik a kísérletileg mért táblázati értékkel.

Ajánlott: