Metallien tiheys kg/m3: taulukko. Kokeellinen ja teoreettinen tiheyden määritys

2024 Kirjoittaja: Angel Austin | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 17:46

Metallit ovat kemiallisia alkuaineita, jotka muodostavat suurimman osan D. I. Mendelejevin jaksollisesta järjestelmästä. Tässä artikkelissa tarkastelemme niin tärkeää fyysistä ominaisuutta kuin tiheys, ja annamme myös taulukon metallien tiheydestä kg / m3.

Aineen tiheys

Ennen kuin käsittelemme metallien tiheyttä kg/m3, tutustutaan itse fysikaaliseen suureen. Tiheys on kehon massan m suhde sen tilavuuteen V avaruudessa, joka voidaan kirjoittaa matemaattisesti seuraavasti:

ρ=m / V

Tutkittava arvo merkitään yleensä kreikkalaisten aakkosten kirjaimella ρ (ro).

Jos kehon eri osilla on eri massat, voit määrittää keskimääräisen tiheyden käyttämällä kirjoitettua kaavaa. Tässä tapauksessa paikallinen tiheys voi poiketa merkittävästi keskiarvosta.

Kuten kaavasta näkyy, ρ:n arvo ilmaistaan kg/m3SI-järjestelmässä. Se kuvaa aineen määrää, joka on sijoitettu sen tilavuusyksikköön. Tämä ominaisuus on monissa tapauksissa aineiden tunnusmerkki. Joten eri metalleille tiheys kg / m3on erilainen, joten ne voidaan tunnistaa.

Metallit ja niiden tiheys

Metallimateriaalit ovat kiinteitä aineita huoneenlämpötilassa ja ilmanpaineessa (elohopea on ainoa poikkeus). Niillä on korkea plastisuus, sähkön- ja lämmönjohtavuus ja niillä on ominaista kiilto pinnan kiillotetussa tilassa. Monet metallien ominaisuudet liittyvät järjestetyn kidehilan olemassaoloon, jossa positiiviset ioniset ytimet sijaitsevat solmuissa ja ovat yhteydessä toisiinsa negatiivisen elektronikaasun avulla.

Metallien tiheys vaihtelee suuresti. Joten vähiten tiheitä ovat alkalikevytmetallit, kuten litium, kalium tai natrium. Esimerkiksi litiumin tiheys on 534 kg/m3, mikä on lähes puolet veden tiheydestä. Tämä tarkoittaa, että litium-, kalium- ja natriumlevyt eivät uppoa veteen. Toisa alta siirtymämetalleilla, kuten reniumilla, osmiumilla, iridiumilla, platinalla ja kullalla, on v altava tiheys, joka on vähintään 20 kertaa veden ρ.

Alla oleva taulukko näyttää metallien tiheyden. Kaikki arvot viittaavat huoneen lämpötilaan g/cm³. Jos nämä arvot kerrotaan 1 000:lla, saadaan ρ kg/m^3.

Miksi on olemassa suuritiheyksisiä metalleja ja pienitiheyksisiä metalleja? Tosiasia on, että ρ:n arvo kullekin tietylle tapaukselle määräytyy kahdella päätekijällätekijät:

1. Metallin kidehilan ominaisuus. Jos tämä hila sisältää atomeja tiheimmässä pakkauksessa, sen makroskooppinen tiheys on suurempi. FCC- ja hcp-hiloilla on tihein pakkaus.
2. Metalliatomin fysikaaliset ominaisuudet. Mitä suurempi sen massa ja pienempi säde, sitä suurempi on ρ:n arvo. Tämä tekijä selittää, miksi suuritiheyksiset metallit ovat kemiallisia alkuaineita, joiden lukumäärä jaksollisessa taulukossa on suuri.

Tiheyden kokeellinen määritys

Oletetaan, että meillä on pala tuntematonta metallia. Kuinka voit määrittää sen tiheyden? Palauttamalla mieleen ρ:n kaavan, saamme vastauksen esitettyyn kysymykseen. Metallin tiheyden määrittämiseksi riittää, että punnitaan se millä tahansa vaakalla ja mitataan tilavuus. Sitten ensimmäinen arvo tulee jakaa toisella ja muistaa käyttää oikeita yksiköitä.

Jos rungon geometrinen muoto on monimutkainen, sen tilavuuden mittaaminen ei ole helppoa. Tällaisissa tapauksissa voit käyttää Arkhimedesin lakia, koska syrjäytyneen nesteen tilavuus, kun keho on upotettuna, on täsmälleen sama kuin mitattu tilavuus.

Galileon 1500-luvun lopulla keksimä hydrostaattisten painojen menetelmä perustuu myös Arkhimedesin lain käyttöön. Menetelmän ydin on ruumiinpainon mittaaminen ilmassa ja sitten nesteessä. Jos ensimmäinen arvo on merkitty P₀ ja toinen arvo P_{1, metallitiheys kg/m3 lasketaan seuraavalla kaava:}

ρ=P₀ ρ_l / (P₀ - P 1₎

Missä ρ_{l on nesteen tiheys.}

Tiheyden teoreettinen määritelmä

Yllä olevassa kemiallisten alkuaineiden tiheystaulukossa metallit, joille on annettu teoreettinen tiheys, on merkitty punaisella. Nämä alkuaineet ovat radioaktiivisia, ja niitä on saatu keinotekoisesti pieniä määriä. Nämä tekijät vaikeuttavat niiden tiheyden tarkkaa mittaamista. ρ:n arvo voidaan kuitenkin laskea onnistuneesti.

Tiheyden teoreettinen määritysmenetelmä on melko yksinkertainen. Tätä varten sinun on tiedettävä yhden atomin massa, alkuainekidehilan atomien lukumäärä ja tämän hilan tyyppi.

Otetaan esimerkiksi raudan laskelma. Sen atomin massa on 55,847 amu. Huoneolosuhteissa raudalla on bcc-hila, jonka parametri on 2,866 angströmiä. Koska alkeispiilokopiokuutiossa on kaksi atomia, saamme:

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

Jos vertaamme tätä arvoa taulukon arvoon, voimme nähdä, että ne eroavat vain kolmannella desimaalilla.