Fémek sűrűsége kg/m3-ben: táblázat. A sűrűség kísérleti és elméleti meghatározása

2024 Szerző: Angel Austin | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-02 17:48

A fémek olyan kémiai elemek, amelyek D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének nagy részét alkotják. Ebben a cikkben megvizsgálunk egy olyan fontos fizikai tulajdonságot, mint a sűrűség, és táblázatot adunk a fémek sűrűségéről kg / m3-ben.

Az anyag sűrűsége

Mielőtt a fémek kg/m3-ben kifejezett sűrűségével foglalkoznánk, ismerkedjünk meg magával a fizikai mennyiséggel. A sűrűség az m testtömeg és a térbeli V térfogat aránya, amely matematikailag a következőképpen írható fel:

ρ=m / V

A vizsgált értéket általában a görög ábécé ρ (ro) betűjével jelöljük.

Ha a test különböző részeinek tömege eltérő, akkor az írott képlet segítségével meghatározhatja az átlagos sűrűséget. Ebben az esetben a helyi sűrűség jelentősen eltérhet az átlagostól.

Mint a képletből látható, a ρ értéke kg/m3az SI rendszerben. Egy anyag térfogategységében elhelyezett mennyiségét jellemzi. Ez a jellemző sok esetben az anyagok ismertetőjele. Tehát különböző fémek esetén a sűrűség kg / m3-benkülönbözik, így azonosíthatók.

Fémek és sűrűségük

A fémes anyagok szobahőmérsékleten és légköri nyomáson szilárd anyagok (a higany az egyetlen kivétel). Nagy a plaszticitásuk, az elektromos és hővezető képességük, és jellegzetes fényűek a felület polírozott állapotában. A fémek számos tulajdonsága összefügg egy rendezett kristályrács jelenlétével, amelyben pozitív ionmagok helyezkednek el a csomópontokban, és negatív elektrongázzal kapcsolódnak egymáshoz.

A fémek sűrűsége nagyon változó. Tehát a legkevésbé sűrűek az alkálifémek, például a lítium, a kálium vagy a nátrium. Például a lítium sűrűsége 534 kg/m3, ami majdnem fele a vízének. Ez azt jelenti, hogy a lítium-, kálium- és nátriumlemezek nem süllyednek el a vízben. Másrészt az átmeneti fémek, például a rénium, az ozmium, az irídium, a platina és az arany nagy sűrűséggel rendelkeznek, ami legalább 20-szorosa a víz ρ-jének.

Az alábbi táblázat a fémek sűrűségét mutatja. Minden érték a szobahőmérsékletre vonatkozik g/cm-ben³. Ha ezeket az értékeket megszorozzuk 1000-el, akkor ρ-t kapunk kg/m-ben^3.

Miért léteznek nagy sűrűségű és kis sűrűségű fémek? A helyzet az, hogy a ρ értékét minden konkrét esetben két fő határozza megtényezők:

1. A fém kristályrácsának jellemzője. Ha ez a rács a legsűrűbben tartalmaz atomokat, akkor a makroszkopikus sűrűsége nagyobb lesz. Az FCC és a hcp rácsok a legsűrűbb csomagolással rendelkeznek.
2. A fématom fizikai tulajdonságai. Minél nagyobb a tömege és minél kisebb a sugara, annál nagyobb a ρ értéke. Ez a tényező megmagyarázza, hogy a nagy sűrűségű fémek miért olyan kémiai elemek, amelyeknek nagy száma a periódusos rendszerben.

A sűrűség kísérleti meghatározása

Tegyük fel, hogy van egy darab ismeretlen fémünk. Hogyan lehet meghatározni a sűrűségét? A ρ képletét felidézve eljutunk a feltett kérdésre a válaszhoz. A fém sűrűségének meghatározásához elegendő bármilyen mérlegen lemérni és megmérni a térfogatot. Ezután az első értéket el kell osztani a másodikkal, ne felejtse el a megfelelő mértékegységeket használni.

Ha a test geometriai alakja összetett, akkor nem lesz könnyű megmérni a térfogatát. Ilyen esetekben használhatja Arkhimédész törvényét, mivel a kiszorított folyadék térfogata, amikor a test bemerül, pontosan megegyezik a mért térfogattal.

A hidrosztatikus súlyok módszere, amelyet a 16. század végén talált fel Galilei, szintén Arkhimédész törvényének alkalmazásán alapul. A módszer lényege a testtömeg mérése levegőben, majd folyadékban. Ha az első értéket P₀, a másodikat pedig P_{1 jelöli, akkor a fémsűrűséget kg/m3-ben a következő módszerrel számítjuk ki. képlet:}

ρ=P₀ ρ_l / (P₀ - P 1₎

Ahol ρ_{l a folyadék sűrűsége.}

A sűrűség elméleti meghatározása

A fenti, a kémiai elemek sűrűségét bemutató táblázatban pirossal jelöljük azokat a fémeket, amelyekre az elméleti sűrűséget adjuk. Ezek az elemek radioaktívak, és kis mennyiségben mesterségesen nyerték őket. Ezek a tényezők megnehezítik sűrűségük pontos mérését. A ρ értéke azonban sikeresen kiszámítható.

A sűrűség elméleti meghatározásának módszere meglehetősen egyszerű. Ehhez ismernie kell egy atom tömegét, az elemi kristályrács atomjainak számát és ennek a rácsnak a típusát.

Vegyünk például egy számítást a vasra. Atomjának tömege 55,847 atomerőmű. A vas szobai körülmények között 2,866 angström paraméterű Bcc rácsot tartalmaz. Mivel egy elemi titkosított másolat kockán két atom van, a következőt kapjuk:

ρ=255, 8471, 6610^-27 / (2, 866³ 10 -30^{)=7,876 kg/m}3

Ha összehasonlítjuk ezt az értéket a táblázatban szereplővel, akkor láthatjuk, hogy csak a harmadik tizedesjegyben térnek el egymástól.