Tihedus on iga aine agregeeritud oleku jaoks oluline füüsikaline suurus. Selles artiklis käsitleme metallide tiheduse küsimust, anname selle parameetri keemiliste elementide tabeli ja räägime Maa kõige tihedamast metallist.
Millistest füüsikalistest omadustest me räägime?
Tihedus on väärtus, mis iseloomustab aine kogust teadaolevas mahus. Selle määratluse kohaselt saab selle matemaatiliselt arvutada järgmiselt:
ρ=m/V.
Tähistage see väärtus kreeka tähega ρ (ro).
Tihedus on universaalne omadus, kuna seda saab kasutada erinevate materjalide võrdlemiseks. Seda fakti saab kasutada nende tuvastamiseks, mida legendi järgi tegi kreeka filosoof Archimedes (ta suutis määrata võltsitud kuldkrooni, mõõtes selle jaoks ρ väärtuse).
See konkreetse materjali parameeter sõltub kahest peamisest tegurist:
- aine moodustavate aatomite ja molekulide massist;
- keskmistest aatomitevahelistest ja molekulidevahelistest kaugustest.
Näiteks mis tahes siirdemetallil (kuld, raud, vanaadium, volfram) on suurem tihedus kui mis tahes süsinikmaterjalil, kuna viimase aatomi mass on kümme korda väiksem. Veel üks näide. Grafiit ja teemant on kaks süsinikstruktuuri. Teine on tihedam, kuna aatomitevahelised kaugused selle võres on väiksemad.
Metallide tihedus
See on Mendelejevi perioodilisuse tabeli suurim rühm. Metall on mis tahes aine, millel on kõrge soojus- ja elektrijuhtivus, iseloomulik pinnaläige, kui see on poleeritud ja millel on plastne deformatsioon.
Sellisel keemilisel elemendil on madal elektronegatiivsus võrreldes selliste ainetega nagu lämmastik, hapnik ja süsinik. See asjaolu toob kaasa asjaolu, et lahtiste struktuuride metalliaatomid moodustavad üksteisega metallilise sideme. See on elektriline interaktsioon positiivselt laetud ioonsete aluste ja negatiivse elektrongaasi vahel.
Metalli aatomid ruumis on paigutatud korrastatud struktuuri kujul, mida nimetatakse kristallvõreks. On ainult kolm tüüpi:
- kuubik;
- BCC (kerekeskne kuup);
- HCP (kuusnurkne tihed alt pakitud);
- FCC (näokeskne kuup).
Metallide tihedus on füüsikaline suurus, mis sõltub kristallvõre tüübist. Allpool on selle parameetri tabel kõigi keemiliste elementide kohta g / cm3, mis tavatingimustes ontahkis.
Tabelist järeldub, et metallide tihedus on väärtus, mis varieerub laias vahemikus. Niisiis, kõige nõrgem on liitium, mis on samade mahtude juures kaks korda veest kergem. Haruldase metalli osmiumi tihedus on looduses suurim. See on 22,59 g/cm3.
Kuidas leiad väärtuse?
Metallide tihedus on omadus, mida saab defineerida kahel põhimõtteliselt erineval viisil:
- eksperimentaalne;
- teoreetiline.
Katsemeetodid on järgmised:
- Kehakaalu ja mahu otsesed mõõtmised. Viimast on lihtne arvutada, kui on teada keha geomeetrilised parameetrid ja selle kuju on ideaalne, näiteks prisma, püramiid või kuul.
- Hüdrostaatilised mõõtmised. Sel juhul kasutatakse spetsiaalseid kaalusid, mille leiutas Galileo 16. sajandil. Nende tööpõhimõte on üsna lihtne: esm alt kaalutakse tundmatu tihedusega keha õhus ja seejärel vedelikus (vees). Pärast seda arvutatakse vajalik väärtus lihtsa valemi abil.
Mis puutub metallide tiheduse määramise teoreetilisesse meetodisse, siis see on üsna lihtne meetod, mis nõuab teadmisi kristallvõre tüübist, aatomitevahelisest kaugusest selles ja aatomi massist. Järgmisena näitame osmiumi näitel, kuidas seda meetodit kasutatakse.
Haruldase metalli osmiumi tihedus
Taleidub meie planeedil jälgedes. Kõige sagedamini leidub seda iriidiumi ja plaatina sulamite, aga ka oksiidide kujul. Osmiumil on hcp võre parameetritega a=2,7343 ja c=4,32 angströmi. Ühe aatomi keskmine mass on m=190,23 amu
Ül altoodud numbritest piisab ρ väärtuse määramiseks. Selleks kasutage tiheduse algvalemit ja arvestage, et üks kuusnurkne prisma sisaldab kuut aatomit. Selle tulemusena jõuame töövalemini:
ρ=4m/(√3a2c).
Asendades ül altoodud arvud ja võttes arvesse nende mõõtmeid, saame tulemuseks: ρ=22 579 kg/m3.
Seega on haruldase metalli tihedus 22,58 g/cm3, mis võrdub eksperimentaalselt mõõdetud tabeli väärtusega.
