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 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.
A kísérleti módszerek a következők:
- 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.
- 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
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.
Így egy ritka fém sűrűsége 22,58 g/cm3, ami megegyezik a kísérletileg mért táblázati értékkel.
