Що це-щільність металів, як вона визначається? Розрахунок щільності для осмію

Щільність є важливою фізичною величиною для будь-якого агрегатного стану матерії. У даній статті розглянемо питання, що це - щільність металів, наведемо таблицю цього параметра для хімічних елементів і розповімо про самому щільному металі на Землі.

Про яку фізичну характеристику піде мова?

Щільність являє собою величину, яка характеризує кількість речовини, що знаходиться у відомому обсязі. Згідно з цим визначенням, її можна математично обчислити так:

ρ = m/V.

Позначають цю величину грецької буквою ρ (ро).

Щільність є універсальною характеристикою, оскільки по ній можна порівнювати різні матеріали. Цей факт можна використовувати для їх ідентифікації, що і зробив грецький філософ Архімед, згідно з легендою (він зміг встановити підробку золотої корони, вимірявши величину ρ для неї).

Цей параметр для конкретного матеріалу залежить від двох основних факторів:

• від маси складових речовина атомів і молекул;
• від середніх міжатомних і міжмолекулярних відстаней.

Наприклад, будь-який з перехідних металів (золото, залізо, ванадій, вольфрам) має більшу щільність, ніж будь-який вуглецевий матеріал, оскільки маса атома останнього в десятки разів менше. Інший приклад. Графіт і алмаз-це дві вуглецеві структури. Другий є більш щільним, оскільки міжатомні відстані в його решітці менше.

Щільність металів

Це найчисленніша група періодичної таблиці Менделєєва. Металом є будь-яка речовина, яка володіє високою тепло - і електропровідністю, характерним блиском поверхні при її поліруванні, здатністю до пластичної деформації.

Такий хімічний елемент має низьку електронегативність в порівнянні з такими речовинами, як азот, кисень і вуглець. Цей факт призводить до того, що в об`ємних структурах атоми металу утворюють один з одним металевий зв`язок. Вона являє собою електричну взаємодію між позитивно зарядженими іонними основами і негативним електронним газом.

Атоми металів в просторі розташовуються у вигляді впорядкованої структури, яка називається кристалічною решіткою. Існує всього три їх типи:

• кубічний;
• ОЦК (об`ємно-центрована кубічна);
• ГПУ (гексагональна щільно упакована);
• ГЦК (гранецентрована кубічна).

Щільність металів-це фізична величина, яка залежить від типу кристалічної решітки. Нижче наводиться таблиця цього параметра для всіх хімічних елементів в г / см³, які при нормальних умовах знаходяться в твердому стані.

З таблиці випливає, що щільність металів-це змінюється в широких межах величина. Так, найслабшим є літій, який при однакових обсягах в два рази легше води. Щільність рідкісного металу осмію є найбільшою у природі. Вона становить 22,59 г / см³.

Експериментальні методи бувають наступного виду:

1. Безпосередні вимірювання ваги тіла і його обсягу. Останній легко обчислити, якщо відомі геометричні параметри тіла, а його форма є ідеальною, наприклад, призмою, пірамідою або кулею.
2. Гідростатичні вимірювання. В цьому випадку використовуються спеціальні ваги, винайдені ще Галілеєм в XVI столітті. Принцип їх дії досить простий: спочатку зважують тіло невідомої щільності в повітрі , а потім - в рідині (воді). Після цього за простою формулою обчислюють шукану величину.

Що стосується теоретичного способу визначення щільності металів-це досить простий метод, який вимагає знання типу кристалічної решітки, міжатомної відстані в ній і маси атома. Далі покажемо на прикладі осмію, як цей метод застосовують.

Щільність рідкісного металу осмію

Він міститься в незначних кількостях на нашій планеті. Найчастіше його зустрічають у вигляді сплавів з іридієм і платиною, а також у формі оксидів. Осмій має ГПУ гратами з параметрами a = 2,7343 і c = 4,32 ангстрема. Маса одного атома становить в середньому m = 190,23 а.е.м.

Наведених вище цифр достатньо, щоб визначити величину ρ. Для цього слід скористатися вихідною формулою для щільності і врахувати, що одна гексагональна призма містить шість атомів. В результаті ми приходимо до робочої формулою:

ρ = 4*m/(√3*a²*c).

Підставляючи записані вище цифри і враховуючи їх розмірності, приходимо до результату: ρ = 22 579 кг/м³.

Таким чином, щільність рідкісного металу дорівнює 22,58 г / см³, що дорівнює експериментально виміряному табличному значенню.