Co to jest gęstość metali i jak się ją określa? Obliczanie gęstości dla osmu

Gęstość jest ważną wielkością fizyczną dla każdego zagregowanego stanu materii. W tym artykule omawiamy, czym jest gęstość metali. Podajemy tabelę z tym parametrem dla pierwiastków chemicznych i opowiadamy o najgęstszym metalu na Ziemi.

Jaka cecha fizyczna jest omawiana??

Gęstość to wielkość, która opisuje ilość substancji w znanej objętości. Zgodnie z tą definicją, można ją matematycznie obliczyć w następujący sposób

ρ = m/V.

Oznaczane grecką literą ρ (Ro).

Gęstość jest cechą uniwersalną, ponieważ można ją wykorzystać do porównania różnych materiałów. Fakt ten można wykorzystać do ich identyfikacji, co według legendy uczynił grecki filozof Archimedes (potrafił ustalić fałszywą złotą koronę, mierząc dla niej wartość ρ).

Parametr ten dla danego materiału zależy od dwóch głównych czynników

• masy składających się na nią atomów i cząsteczek;
• średnie odległości międzyatomowe i międzycząsteczkowe.

Na przykład, każdy z metali przejściowych (złoto, żelazo, wanad, wolfram) ma większą gęstość niż jakikolwiek materiał węglowy, ponieważ masa atomowa tego ostatniego jest dziesiątki razy mniejsza. Inny przykład. Grafit i diament to dwie struktury węglowe. Ten ostatni jest bardziej gęsty, ponieważ odległości międzyatomowe w jego siatce są mniejsze.

Gęstość metali

Jest to najliczniejsza grupa układu okresowego Mendelejewa. Metal to każda substancja, która posiada wysoką przewodność cieplną i elektryczną, charakterystyczny połysk powierzchni po wypolerowaniu oraz zdolność do odkształceń plastycznych.

Ten pierwiastek chemiczny charakteryzuje się niską elektroujemnością w porównaniu z takimi substancjami jak azot, tlen i węgiel. Fakt ten prowadzi do tego, że w strukturach masowych atomy metalu tworzą ze sobą wiązanie metaliczne. Stanowi on oddziaływanie elektryczne pomiędzy dodatnio naładowanymi zasadami jonowymi a ujemnym gazem elektronowym.

Atomy metalu są ułożone w przestrzeni w uporządkowanej strukturze zwanej siatką krystaliczną. Istnieją tylko trzy rodzaje:

• sześcienny;
• BCC (volumetrically centred cubic);
• HPU (hexagonal densely packed);
• Sieć HCC (face-centered cubic).

Gęstość metali jest wielkością fizyczną, która zależy od rodzaju sieci krystalicznej. Poniżej znajduje się tabela tego parametru dla wszystkich pierwiastków chemicznych w g/cm³, które w normalnych warunkach znajdują się w stanie stałym.

Z tabeli wynika, że gęstość metali jest wielkością zmienną, która zmienia się w szerokim zakresie. Na przykład lit jest najsłabszy, jest dwa razy lżejszy od wody w równej objętości. Gęstość rzadkiego metalu osmu wynosi z największych w naturze. Jest to 22,59 g/cm³.

Metody eksperymentalne należą do następujących rodzajów:

1. Bezpośrednie pomiary masy i objętości ciała. Tę ostatnią łatwo obliczyć, jeśli znane są parametry geometryczne bryły, a jej kształt jest idealny, np. graniastosłup, ostrosłup lub kula.
2. Pomiary hydrostatyczne. W tym przypadku stosuje się specjalne skale, wynalezione jeszcze przez Galileusza w XVI wieku. Zasada jest prosta: najpierw waży się gęstość ciała w powietrzu, a następnie w cieczy (wodzie). Następnie należy użyć prostego wzoru, aby obliczyć.

Jeśli chodzi o teoretyczny sposób wyznaczania gęstości metali, to jest to dość prosta metoda, która wymaga znajomości rodzaju sieci krystalicznej, odległości międzyatomowych w niej oraz masy atomu. Na przykładzie osmu pokażemy dalej, jak stosuje się tę metodę.

Rzadki metal osm ma gęstość

Występuje w śladowych ilościach na naszej planecie. Najczęściej występuje jako stop z irydem i platyną, ale także jako tlenek. Osm ma siatkę o parametrach a = 2,7343 i c = 4,32 angstremów. Masa na atom średnia m = 190,23 a.е.м.

Powyższe wartości są wystarczające do określenia wartości ρ. W tym celu należy użyć oryginalnego wzoru na gęstość i uznać, że jeden graniastosłup sześciokątny zawiera sześć atomów. W efekcie dochodzimy do formuły roboczej:

ρ = 4*m/(√3*a²*c).

Podstawiając wyżej zapisane liczby i uwzględniając ich wymiary otrzymujemy wynik: ρ = 22 579 kg/m³.

Zatem gęstość rzadkiego metalu wynosi 22,58 g/cm³, Która jest równa doświadczalnie zmierzonej wartości tabelarycznej.