Tiheys on tärkeä fysikaalinen suure kaikille aineen aggregoidulle olomuodolle. Tässä artikkelissa tarkastelemme kysymystä metallien tiheydestä, annamme taulukon tästä parametrista kemiallisille alkuaineille ja puhumme maan tiheimmästä metallista.
Mistä fyysisistä ominaisuuksista puhumme?
Tiheys on arvo, joka kuvaa aineen määrää tunnetussa tilavuudessa. Tämän määritelmän mukaan se voidaan laskea matemaattisesti seuraavasti:
ρ=m/V.
Määritä tämä arvo kreikkalaisella kirjaimella ρ (ro).
Tiheys on yleinen ominaisuus, koska sitä voidaan käyttää eri materiaalien vertailuun. Tätä tosiasiaa voidaan käyttää niiden tunnistamiseen, minkä kreikkalainen filosofi Arkhimedes teki legendan mukaan (hän pystyi muodostamaan väärennetyn kultaisen kruunun mittaamalla sille ρ:n arvon).
Tämä parametri tietylle materiaalille riippuu kahdesta päätekijästä:
- aineen muodostavien atomien ja molekyylien massasta;
- keskimääräisistä atomien ja molekyylien välisistä etäisyyksistä.
Esimerkiksi millä tahansa siirtymämetallilla (kulta, rauta, vanadiini, volframi) on suurempi tiheys kuin millään hiilimateriaalilla, koska jälkimmäisen atomin massa on kymmenen kertaa pienempi. Toinen esimerkki. Grafiitti ja timantti ovat kaksi hiilirakennetta. Toinen on tiheämpi, koska atomien väliset etäisyydet sen hilassa ovat pienempiä.
Metallien tiheys
Tämä on suurin ryhmä Mendelejevin jaksollisessa taulukossa. Metalli on mikä tahansa aine, jolla on korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus, tyypillinen pinnan kiilto kiillotettuna ja kyky muuttaa plastista muotoaan.
Tällaisella kemiallisella alkuaineella on alhainen elektronegatiivisuus verrattuna aineisiin, kuten typpeen, happeen ja hiileen. Tämä tosiasia johtaa siihen, että metalliatomit bulkkirakenteissa muodostavat metallisen sidoksen keskenään. Se on sähköinen vuorovaikutus positiivisesti varautuneiden ioniemästen ja negatiivisen elektronikaasun välillä.
Metalliatomit avaruudessa ovat järjestäytyneen rakenteen muotoon, jota kutsutaan kidehilaksi. On vain kolme tyyppiä:
- kuutio;
- BCC (runkokeskeinen kuutio);
- HCP (kuusikulmainen tiiviisti pakattu);
- FCC (kasvokeskeinen kuutio).
Metallien tiheys on fysikaalinen suure, joka riippuu kidehilan tyypistä. Alla on taulukko tästä parametrista kaikille kemiallisille alkuaineille g / cm3, jotka normaaleissa olosuhteissa ovatsolid-state.
Taulusta seuraa, että metallien tiheys on arvo, joka vaihtelee laajalla alueella. Joten heikoin on litium, joka on samoilla tilavuuksilla kaksi kertaa vettä kevyempi. Harvinaisen metalliosmiumin tiheys on suurin luonnossa. Se on 22,59 g/cm3.
Kuinka löydät arvon?
Metallien tiheys on ominaisuus, joka voidaan määritellä kahdella pohjimmiltaan eri tavalla:
- kokeellinen;
- teoreettinen.
Kokeelliset menetelmät ovat seuraavat:
- Suorat ruumiinpainon ja tilavuuden mittaukset. Jälkimmäinen on helppo laskea, jos kappaleen geometriset parametrit tunnetaan ja sen muoto on ihanteellinen, esimerkiksi prisma, pyramidi tai pallo.
- Hydrostaattiset mittaukset. Tässä tapauksessa käytetään erityisiä vaakoja, jotka Galileo keksi 1500-luvulla. Niiden toimintaperiaate on melko yksinkertainen: ensin punnitaan tuntemattoman tiheyden kappale ilmassa ja sitten nesteessä (vedessä). Tämän jälkeen vaadittu arvo lasketaan yksinkertaisella kaavalla.
Mitä tulee teoreettiseen metallien tiheyden määritysmenetelmään, tämä on melko yksinkertainen menetelmä, joka vaatii tietoa kidehilan tyypistä, atomien välisestä etäisyydestä siinä ja atomin massasta. Seuraavaksi osmiumin esimerkillä näytämme, kuinka tätä menetelmää käytetään.
Harvinaisen metallin osmiumin tiheys
Hänlöytyy pieniä määriä planeet altamme. Useimmiten se löytyy iridiumin ja platinan seosten muodossa sekä oksidien muodossa. Osmiumilla on hcp-hila parametreilla a=2,7343 ja c=4,32 angströmiä. Yhden atomin keskimääräinen massa on m=190,23 amu
Yllä olevat luvut riittävät määrittämään ρ:n arvon. Käytä tätä varten alkuperäistä tiheyden kaavaa ja ota huomioon, että yksi kuusikulmainen prisma sisältää kuusi atomia. Tuloksena pääsemme työkaavaan:
ρ=4m/(√3a2c).
Korvaamalla yllä kirjoitetut luvut ja ottaen huomioon niiden mitat, saamme tuloksen: ρ=22 579 kg/m3.
Siten harvinaisen metallin tiheys on 22,58 g/cm3, mikä on yhtä suuri kuin kokeellisesti mitattu taulukkoarvo.
