Katrs skolēns, kurš pārzina periodisko tabulu, zina, ka metālu daudzums tajā veido lielāko daļu ķīmisko elementu. Viena no svarīgākajām fiziskajām īpašībām tiem ir blīvums. Apsveriet šo vērtību rakstā un sniedziet tabulu par metālu un sakausējumu blīvumu.
Kas ir blīvums
Ja ņemat vienādus plastmasas un tērauda apjomus, tad pirmais būs daudz vieglāk nekā otrais. Un otrādi, plastmasas gabalam būs tieši tāds pats svars kā tērauda gabalam, ja tas ir daudz lielāks. Šo atšķirību iemesls ir tāds fiziskais lielums kā blīvums. Formula tā aprēķināšanai ir šāda:
ρ=m/V.
Šeit m ir ķermeņa masa, V ir tā tilpums. Blīvuma apzīmēšanai bieži lieto grieķu burtu ρ (rho). No formulas izriet, ka mērvienības SI ir kilogrami uz kubikmetru (kg/m3). Var izmantot arī nesistēmiskas mērvienības, piemēram, g/cm3 vai g/l (šķidrumiem).
Kas ir metāli
Pirms dot metālu blīvuma tabulu, paskaidrosim, par kādu vielu ir runa. Metāliskie materiāli no nemetāliem atšķiras ar augstu siltumvadītspēju un elektrisko vadītspēju un elastību. Šīs ir viņu galvenās atšķirīgās iezīmes. Ir arī nelielas īpašības, piemēram, raksturīgs metālisks spīdums, kaļamība un zema atomu elektronegativitāte.
Visi metāli normālos apstākļos pastāv cietā veidā. Vienīgais izņēmums ir dzīvsudrabs, kura kristalizācijas temperatūra ir -39oC. Ciets metāls pastāv kristāla režģa formā. Pēdējais ir atomu kopums, kas ir sakārtoti telpā noteiktā ģeometriskā veidā. Jebkurš tīrs (vienkomponenta) metālisks materiāls noteiktos apstākļos pastāv vienā no trīs kristāla režģu veidiem. Šie ir šādi režģi:
- Face Centered Cubic (FCC).
- Body Centered Cubic (BCC).
- Sešstūrains cieši salikts (hcp).
Ja mainās apstākļi (temperatūra, spiediens), tad metāls var pāriet no viena kristāliskā stāvokļa citā. Klasisks piemērs ir bcc dzelzs pāreja uz fcc, kad temperatūra nokrītas zem 1392oC vai kad tā paaugstinās virs 911oC.
Metāla blīvuma tabula
Metālu blīvumu nosaka divi galvenie faktori:
- Kristāla režģa veids un starpatomiskie attālumi tajā.
- Atoma masaķīmiskais elements.
Metālu un citu elementu blīvuma tabula ir dota zemāk.
Šeit ir skaitļi g/cm3. Lai metāla blīvuma tabulu izteiktu kg / m3, atbilstošā vērtība jāreizina ar 1000. Tabulā redzams, ka metāliem ir ļoti dažādi blīvumi. Tie var būt vieglāki par ūdeni (nātrijs, litijs, kālijs) vai ļoti smagi (irīdijs, osmijs, platīns, zelts).
Sakausējumu blīvums
Sakausējumi ir daudzkomponentu vielas, piemēram, tērauds ir dzelzs un oglekļa sakausējums. Sakausējumu kristāliskā struktūra ir sarežģītāka nekā tīriem metāliem. Tēraudam, kas sastāv no dzelzs un oglekļa atomiem, ir vairākas iespējas to savstarpējai izkārtošanai (ciets oglekļa šķīdums bcc vai fcc dzelzē, īpašas fāzes veidošanās - cementīts, grafīta ieslēgumu veidošanās un daži citi).
Attiecībā uz sakausējumu blīvumu daudzos gadījumos to var aprēķināt, izmantojot šādu vienkāršu formulu:
ρ=∑imi/∑iV i.
Kur i ir sakausējuma sastāvdaļas numurs. Ja šo izteiksmi piemēro divkomponentu sakausējumam, var iegūt šādu formulu:
ρ=ρ1ρ2/(ρ1+x(ρ2-ρ1)).
Kur ρ1 un ρ2 ir atbilstošo komponentu blīvumi, x ir pirmā komponenta masas daļa sakausējums. Tas ir noteiktstātad:
x=m1/(m1+ m2).
Dažu sakausējumu blīvuma tabula tonnās uz kubikmetru ir dota zemāk.
Tā kā katrs sakausējums satur pārsvarā vienu sastāvdaļu (tērauds - dzelzs, bronza - varš, nihroms - niķelis un tā tālāk), nav pārsteidzoši, ka to blīvums ir tuvu tīru metālu blīvumam.
