Kim loại là nguyên tố hóa học chiếm hầu hết trong bảng tuần hoàn của D. I. Mendeleev. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét một tính chất vật lý quan trọng như mật độ và cũng đưa ra một bảng khối lượng riêng của kim loại tính bằng kg / m3.
Mật độ của vật chất
Trước khi chúng ta giải quyết khối lượng riêng của kim loại tính bằng kg / m3, chúng ta hãy làm quen với chính đại lượng vật lý. Mật độ là tỷ số giữa khối lượng vật thể m với thể tích V của nó trong không gian, có thể được viết theo dạng toán học như sau:
ρ=m / V
Giá trị đang nghiên cứu thường được ký hiệu bằng chữ cái trong bảng chữ cái Hy Lạp ρ (ro).
Nếu các bộ phận khác nhau của cơ thể có khối lượng khác nhau, thì bằng cách sử dụng công thức đã viết, bạn có thể xác định mật độ trung bình. Trong trường hợp này, mật độ cục bộ có thể khác đáng kể so với mức trung bình.
Như bạn thấy từ công thức, giá trị của ρ được biểu thị bằng kg / m3trong hệ SI. Nó đặc trưng cho lượng của một chất được đặt trong một đơn vị thể tích của nó. Đặc điểm này trong nhiều trường hợp là dấu hiệu nhận biết của các chất. Vì vậy, đối với các kim loại khác nhau, tỷ trọng tính bằng kg / m3khác nhau, cho phép chúng được xác định.
Kim loại và mật độ của chúng
Vật liệu kim loại là chất rắn ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển (thủy ngân là ngoại lệ duy nhất). Chúng có độ dẻo cao, dẫn điện và dẫn nhiệt và có độ bóng đặc trưng ở trạng thái được đánh bóng của bề mặt. Nhiều thuộc tính của kim loại có liên quan đến sự hiện diện của một mạng tinh thể có trật tự, trong đó các lõi ion dương nằm ở các nút, được kết nối với nhau bằng khí electron âm.
Đối với mật độ của kim loại, nó rất khác nhau. Vì vậy, ít đặc nhất là các kim loại kiềm nhẹ, chẳng hạn như liti, kali hoặc natri. Ví dụ, khối lượng riêng của liti là 534 kg / m3, gần bằng một nửa khối lượng riêng của nước. Điều này có nghĩa là các tấm liti, kali và natri sẽ không chìm trong nước. Mặt khác, các kim loại chuyển tiếp chẳng hạn như ziricon, osmi, iridi, bạch kim và vàng có mật độ rất lớn, gấp 20 lần ρ của nước trở lên.
Bảng dưới đây cho thấy khối lượng riêng của các kim loại. Tất cả các giá trị quy về nhiệt độ phòng tính bằng g / cm3. Nếu các giá trị này được nhân với 1.000, thì chúng ta nhận được ρ tính bằng kg / m3.
Tại sao lại có kim loại tỷ trọng cao và kim loại tỷ trọng thấp? Thực tế là giá trị của ρ cho từng trường hợp cụ thể được xác định bởi haicác yếu tố:
- Đặc điểm của mạng tinh thể của kim loại. Nếu mạng tinh thể này chứa các nguyên tử ở dạng đóng gói dày đặc nhất, thì mật độ vĩ mô của nó sẽ cao hơn. Mạng FCC và hcp có bao bì dày đặc nhất.
- Tính chất vật lý của nguyên tử kim loại. Khối lượng của nó càng lớn và bán kính càng nhỏ thì giá trị của ρ càng cao. Yếu tố này giải thích tại sao kim loại có khối lượng riêng cao là nguyên tố hóa học có số thứ tự cao trong bảng tuần hoàn.
Thực nghiệm xác định tỷ trọng
Giả sử chúng ta có một mảnh kim loại chưa biết. Làm thế nào bạn có thể xác định mật độ của nó? Nhắc lại công thức cho ρ, chúng ta đi đến câu trả lời cho câu hỏi được đặt ra. Để xác định khối lượng riêng của kim loại, người ta cân nó trên một cân bất kỳ và đo thể tích là đủ. Sau đó, giá trị đầu tiên sẽ được chia cho giá trị thứ hai, hãy nhớ sử dụng các đơn vị chính xác.
Nếu hình dạng hình học của cơ thể phức tạp, thì việc đo thể tích của nó sẽ không dễ dàng. Trong những trường hợp như vậy, bạn có thể sử dụng định luật Archimedes, vì thể tích của chất lỏng bị dịch chuyển khi ngâm cơ thể sẽ chính xác bằng thể tích đo được.
Phương pháp trọng lượng thủy tĩnh, được phát minh vào cuối thế kỷ 16 bởi Galileo, cũng dựa trên việc sử dụng định luật Archimedes. Bản chất của phương pháp là đo trọng lượng cơ thể trong không khí và sau đó là chất lỏng. Nếu giá trị đầu tiên được ký hiệu là P0và giá trị thứ hai là P1, thì mật độ kim loại tính bằng kg / m3 được tính bằng cách sử dụng như sau công thức:
ρ=P0 ρl/ (P0- P 1 )
Trong đó ρllà khối lượng riêng của chất lỏng.
Định nghĩa lý thuyết về mật độ
Trong bảng khối lượng riêng của các nguyên tố hóa học ở trên, các kim loại có khối lượng riêng theo lý thuyết được đánh dấu bằng màu đỏ. Những nguyên tố này là chất phóng xạ, và chúng được thu nhận một cách nhân tạo với số lượng nhỏ. Những yếu tố này gây khó khăn cho việc đo lường chính xác mật độ của chúng. Tuy nhiên, giá trị của ρ có thể được tính toán thành công.
Phương pháp xác định tỷ trọng theo lý thuyết khá đơn giản. Để làm được điều này, bạn cần biết khối lượng của một nguyên tử, số nguyên tử trong mạng tinh thể cơ bản và kiểu của mạng tinh thể này.
Ví dụ, chúng ta hãy lấy một phép tính cho sắt. Nguyên tử của nó có khối lượng là 55,847 amu. Sắt ở điều kiện phòng có mạng tinh thể bcc với thông số là 2,866 angstrom. Vì có hai nguyên tử trên mỗi khối bcc cơ bản, chúng tôi nhận được:
ρ=255, 8471, 6610-27/ (2, 8663 10 -30 )=7.876 kg / m3
Nếu chúng ta so sánh giá trị này với bảng một, chúng ta có thể thấy rằng chúng chỉ khác nhau ở vị trí thập phân thứ ba.
