Minden diák, aki ismeri a periódusos rendszert, tudja, hogy a benne lévő fémek mennyisége alkotja a kémiai elemek nagy részét. Számukra az egyik fontos fizikai jellemző a sűrűség. Vegye figyelembe ezt az értéket a cikkben, és adja meg a fémek és ötvözetek sűrűségének táblázatát.
Mi a sűrűség
Ha ugyanolyan mennyiségű műanyagot és acélt vesz, akkor az első sokkal könnyebb lesz, mint a második. Ezzel szemben egy műanyagdarabnak pontosan akkora súlya lesz, mint egy acéldarabnak, ha sokkal nagyobb a térfogata. E különbségek oka egy olyan fizikai mennyiség, mint a sűrűség. A kiszámításának képlete a következő:
ρ=m/V.
Itt m a test tömege, V a térfogata. A görög ρ (rho) betűt gyakran használják a sűrűség jelölésére. A képletből következik, hogy az SI-ben megadott mértékegységek kilogramm/köbméter (kg/m3). Nem rendszerszintű mértékegységek is használhatók, például g/cm3 vagy g/l (folyadékokhoz).
Mik azok a fémek
Mielőtt táblázatot adunk a fémek sűrűségéről, magyarázzuk el, milyen anyagról beszélünk. A fémes anyagok nagy hő- és elektromos vezetőképességükben és rugalmasságukban különböznek a nemfémektől. Ezek a fő megkülönböztető jellemzőik. Vannak kisebb tulajdonságok is, például jellegzetes fémes csillogás, alakíthatóság és az atomok alacsony elektronegativitása.
Normál körülmények között minden fém szilárd formában létezik. Az egyetlen kivétel a higany, amelynél a kristályosodási hőmérséklet -39oC. A szilárd fém kristályrács formájában létezik. Ez utóbbi atomok gyűjteménye, amelyek a térben bizonyos geometriai módon szerveződnek. Adott körülmények között bármilyen tiszta (egykomponensű) fémes anyag létezik a három kristályrács egyikében. Ezek a következő rácsok:
- Face Centered Cubic (FCC).
- Body Centered Cubic (BCC).
- Hatszögletű szorosan csomagolt (hcp).
Ha a körülmények (hőmérséklet, nyomás) megváltoznak, akkor a fém egyikből kristályos állapotba kerülhet. Klasszikus példa a bcc vas átmenete fcc-re, amikor a hőmérséklet 1392oC alá esik, vagy ha 911oC fölé emelkedik.
Fémsűrűség táblázat
A fémek sűrűségét két fő tényező határozza meg:
- A kristályrács típusa és a benne lévő atomközi távolságok.
- Egy atom tömegekémiai elem.
A fémek és egyéb elemek sűrűségét tartalmazó táblázat az alábbiakban található.
Íme a számok g/cm-ben3. Ahhoz, hogy a fémsűrűség táblázatot kg/m3-ben fejezzük ki, a megfelelő értéket meg kell szorozni 1000-rel. A táblázatból kiderül, hogy a fémek sűrűsége nagyon eltérő. Lehetnek könnyebbek a víznél (nátrium, lítium, kálium) vagy nagyon nehezek (iridium, ozmium, platina, arany).
ötvözetek sűrűsége
Az ötvözetek többkomponensű anyagok, például az acél vas és szén ötvözete. Az ötvözetek kristályszerkezete összetettebb, mint a tiszta fémeké. A vasból és szénatomokból álló acél esetében számos lehetőség kínálkozik a kölcsönös elrendezésükre (a szén szilárd oldata bcc vagy fcc vasban, speciális fázis - cementit - képződése, grafitzárványok képződése és néhány más).
Ami az ötvözetek sűrűségét illeti, sok esetben a következő egyszerű képlettel becsülhető meg:
ρ=∑imi/∑iV i.
Ahol i az ötvözetben lévő alkatrész száma. Ha ezt a kifejezést egy kétkomponensű ötvözetre alkalmazzuk, akkor a következő képletet kaphatjuk:
ρ=ρ1ρ2/(ρ1+x(ρ2-ρ1)).
Ahol ρ1 és ρ2 a megfelelő komponensek sűrűsége, x az első komponens tömeghányada a ötvözet. Meg van határozvaszóval:
x=m1/(m1+ m2).
Egyes ötvözetek sűrűségét tonnánként köbméterben az alábbi táblázat tartalmazza.
Mivel minden ötvözet túlnyomórészt egy komponenst tartalmaz (acél - vas, bronz - réz, nikróm - nikkel és így tovább), nem meglepő, hogy sűrűségük közel áll a tiszta fémekéhez.
