Blīvums ir svarīgs fiziskais lielums jebkuram vielas agregāta stāvoklim. Šajā rakstā mēs apskatīsim jautājumu par to, kāds ir metālu blīvums, mēs sniegsim šī parametra tabulu ķīmiskajiem elementiem un runāsim par blīvāko metālu uz Zemes.
Par kādu fizisko īpašību mēs runājam?
Blīvums ir vērtība, kas raksturo vielas daudzumu zināmā tilpumā. Saskaņā ar šo definīciju to var matemātiski aprēķināt šādi:
ρ=m/V.
Apzīmējiet šo vērtību ar grieķu burtu ρ (ro).
Blīvums ir universāls raksturlielums, jo to var izmantot dažādu materiālu salīdzināšanai. Šo faktu var izmantot, lai tos identificētu, ko saskaņā ar leģendu izdarīja grieķu filozofs Arhimēds (viņš varēja izveidot viltotu zelta kroni, izmērot tam ρ vērtību).
Šis parametrs konkrētam materiālam ir atkarīgs no diviem galvenajiem faktoriem:
- no vielu veidojošo atomu un molekulu masas;
- no vidējiem starpatomu un starpmolekulārajiem attālumiem.
Piemēram, jebkuram no pārejas metāliem (zeltam, dzelzs, vanādijam, volframam) ir lielāks blīvums nekā jebkuram oglekļa materiālam, jo pēdējā atoma masa ir desmit reizes mazāka. Vēl viens piemērs. Grafīts un dimants ir divas oglekļa struktūras. Otrais ir blīvāks, jo starpatomu attālumi tā režģī ir mazāki.
Metālu blīvums
Šī ir lielākā grupa Mendeļejeva periodiskajā tabulā. Metāls ir jebkura viela, kurai ir augsta siltumvadītspēja un elektriskā vadītspēja, raksturīgs virsmas spīdums, kad tas ir pulēts, un spēja pakļaut plastiskai deformācijai.
Šādam ķīmiskajam elementam ir zema elektronegativitāte salīdzinājumā ar tādām vielām kā slāpeklis, skābeklis un ogleklis. Šis fakts noved pie tā, ka metāla atomi lielapjoma struktūrās veido metālisku saiti viens ar otru. Tā ir elektriskā mijiedarbība starp pozitīvi lādētām jonu bāzēm un negatīvu elektronu gāzi.
Metālu atomi telpā ir sakārtoti sakārtotas struktūras veidā, ko sauc par kristāla režģi. Ir tikai trīs veidi:
- kubisks;
- BCC (kubiskais korpuss centrā);
- HCP (sešstūrains cieši iesaiņots);
- FCC (kubiskais centrējums ar seju).
Metālu blīvums ir fizikāls lielums, kas ir atkarīgs no kristāliskā režģa veida. Zemāk ir šī parametra tabula visiem ķīmiskajiem elementiem g / cm3, kas normālos apstākļos ircietvielu.
No tabulas izriet, ka metālu blīvums ir vērtība, kas mainās plašā diapazonā. Tātad vājākais ir litijs, kas ar tādiem pašiem tilpumiem ir divas reizes vieglāks par ūdeni. Reto metālu osmija blīvums ir visaugstākais dabā. Tas ir 22,59 g/cm3.
Kā atrast vērtību?
Metālu blīvums ir raksturlielums, ko var definēt divos būtiski atšķirīgos veidos:
- eksperimentāls;
- teorētiskā.
Eksperimentālās metodes ir šādas:
- Tieši ķermeņa svara un tilpuma mērījumi. Pēdējo ir viegli aprēķināt, ja ir zināmi ķermeņa ģeometriskie parametri un tā forma ir ideāla, piemēram, prizma, piramīda vai bumba.
- Hidrostatiskie mērījumi. Šajā gadījumā tiek izmantoti īpaši svari, kurus 16. gadsimtā izgudroja Galilejs. To darbības princips ir pavisam vienkāršs: vispirms nezināma blīvuma ķermeni nosver gaisā un pēc tam šķidrumā (ūdenī). Pēc tam vajadzīgā vērtība tiek aprēķināta, izmantojot vienkāršu formulu.
Kas attiecas uz teorētisko metodi metālu blīvuma noteikšanai, tā ir diezgan vienkārša metode, kas prasa zināšanas par kristālrežģa veidu, starpatomisko attālumu tajā un atoma masu. Tālāk, izmantojot osmija piemēru, mēs parādīsim, kā šī metode tiek izmantota.
Retā metāla osmija blīvums
ViņšNelielos daudzumos atrodami uz mūsu planētas. Visbiežāk tas ir atrodams sakausējumu veidā ar irīdiju un platīnu, kā arī oksīdu veidā. Osmijam ir hcp režģis ar parametriem a=2,7343 un c=4,32 angstrēmi. Viena atoma vidējā masa ir m=190,23 amu
Iepriekš minētie skaitļi ir pietiekami, lai noteiktu ρ vērtību. Lai to izdarītu, izmantojiet sākotnējo blīvuma formulu un ņemiet vērā, ka viena sešstūra prizma satur sešus atomus. Rezultātā mēs nonākam pie darba formulas:
ρ=4m/(√3a2c).
Aizvietojot iepriekš rakstītos skaitļus un ņemot vērā to izmērus, mēs nonākam pie rezultāta: ρ=22 579 kg/m3.
Tādējādi reta metāla blīvums ir 22,58 g/cm3, kas ir vienāds ar eksperimentāli izmērīto tabulas vērtību.
