Mật độ là một đại lượng vật lý quan trọng đối với bất kỳ trạng thái tổng hợp nào của vật chất. Trong bài này, chúng tôi sẽ xem xét câu hỏi về khối lượng riêng của kim loại là gì, chúng tôi sẽ đưa ra một bảng thông số này cho các nguyên tố hóa học và nói về kim loại dày đặc nhất trên Trái đất.
Chúng ta đang nói đến đặc điểm vật lý nào?
Khối lượng riêng là giá trị đặc trưng cho lượng của một chất trong một thể tích đã biết. Theo định nghĩa này, nó có thể được tính toán bằng toán học như sau:
ρ=m / V.
Chỉ định giá trị này bằng chữ cái Hy Lạp ρ (ro).
Mật độ là một đặc tính chung vì nó có thể được sử dụng để so sánh các vật liệu khác nhau. Sự thật này có thể được sử dụng để xác định chúng, đó là điều mà nhà triết học Hy Lạp Archimedes đã làm, theo truyền thuyết (ông đã có thể thiết lập một chiếc vương miện vàng giả bằng cách đo giá trị của ρ cho nó).
Thông số này cho một vật liệu cụ thể phụ thuộc vào hai yếu tố chính:
- từ khối lượng của các nguyên tử và phân tử tạo nên chất;
- từ khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử và giữa các phân tử.
Ví dụ, bất kỳ kim loại chuyển tiếp nào (vàng, sắt, vanadi, vonfram) có mật độ cao hơn bất kỳ vật liệu carbon nào, vì khối lượng của nguyên tử thứ hai nhỏ hơn mười lần. Một vi dụ khac. Graphit và kim cương là hai cấu trúc cacbon. Thứ hai là dày đặc hơn, vì khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể của nó nhỏ hơn.
Mật độ của kim loại
Đây là nhóm lớn nhất trong bảng tuần hoàn của Mendeleev. Kim loại là bất kỳ chất nào có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao, độ bóng bề mặt đặc trưng khi được đánh bóng và khả năng bị biến dạng dẻo.
Một nguyên tố hóa học như vậy có độ âm điện thấp so với các chất như nitơ, oxy và cacbon. Thực tế này dẫn đến thực tế là các nguyên tử kim loại trong cấu trúc số lượng lớn tạo thành liên kết kim loại với nhau. Nó là một sự tương tác điện giữa các cơ sở ion tích điện dương và một chất khí mang điện tử âm.
Các nguyên tử kim loại trong không gian được sắp xếp dưới dạng cấu trúc có trật tự, được gọi là mạng tinh thể. Chỉ có ba loại:
- khối;
- BCC (lập phương tâm thân);
- HCP (đóng gói hình lục giác);
- FCC (lập phương tâm mặt).
Khối lượng riêng của kim loại là một đại lượng vật lý phụ thuộc vào dạng mạng tinh thể. Dưới đây là bảng thông số này cho tất cả các nguyên tố hóa học tính bằng g / cm3, trong điều kiện bình thường làtrạng thái rắn.
Từ bảng này, ta thấy mật độ của kim loại là một giá trị thay đổi trong một phạm vi rộng. Vì vậy, chất yếu nhất là liti, với cùng thể tích, nhẹ hơn nước hai lần. Mật độ của osmi kim loại hiếm là cao nhất trong tự nhiên. Nó là 22,59g / cm3.
Làm thế nào để bạn tìm thấy giá trị?
Khối lượng riêng của kim loại là một đặc tính có thể được xác định theo hai cách khác nhau về cơ bản:
- thử nghiệm;
- lý thuyết.
Phương pháp thực nghiệm như sau:
- Đo trực tiếp trọng lượng và thể tích của cơ thể. Sau đó, dễ dàng tính toán nếu các thông số hình học của vật thể được biết và hình dạng của nó là lý tưởng, chẳng hạn như hình lăng trụ, hình chóp hoặc quả bóng.
- Đo thủy tĩnh. Trong trường hợp này, các loại cân đặc biệt được sử dụng, do Galileo phát minh vào thế kỷ 16. Nguyên tắc hoạt động của chúng khá đơn giản: đầu tiên, một vật thể có khối lượng riêng không xác định được cân trong không khí, sau đó ở trong chất lỏng (nước). Sau đó, giá trị bắt buộc được tính bằng một công thức đơn giản.
Đối với phương pháp lý thuyết để xác định khối lượng riêng của kim loại, đây là một phương pháp khá đơn giản, đòi hỏi kiến thức về loại mạng tinh thể, khoảng cách giữa các nguyên tử trong đó và khối lượng của nguyên tử. Tiếp theo, sử dụng ví dụ về osmium, chúng tôi sẽ chỉ ra cách sử dụng phương pháp này.
Mật độ của osmi kim loại hiếm
Anh ấyđược tìm thấy ở một lượng nhỏ trên hành tinh của chúng ta. Thông thường nó được tìm thấy ở dạng hợp kim với iridi và bạch kim, cũng như ở dạng oxit. Osmi có mạng tinh thể hcp với các tham số a=2,7343 và c=4,32 angstrom. Khối lượng trung bình của một nguyên tử là m=190,23 amu
Các con số trên đủ để xác định giá trị của ρ. Để làm điều này, hãy sử dụng công thức ban đầu cho khối lượng riêng và tính đến rằng một lăng kính lục giác chứa sáu nguyên tử. Kết quả là, chúng tôi đi đến công thức làm việc:
ρ=4m / (√3a2 c).
Thay các số liệu đã viết ở trên và tính đến kích thước của chúng, chúng tôi đi đến kết quả: ρ=22 579 kg / m3.
Như vậy, khối lượng riêng của một kim loại hiếm là 22,58 g / cm3, bằng với giá trị bảng đo được bằng thực nghiệm.
