Щільність металів в кг / м3: таблиця. Експериментальне та теоретичне визначення щільності

Метали-це хімічні елементи, які складають більшу частину періодичної таблиці Д. І. Менделєєва. У даній статті розглянемо таке важливе їх фізичне властивість, як щільність, а також наведемо таблицю щільності металів в кг / м3 .

Густина речовини

Перш ніж розібратися з щільністю металів в кг / м3, познайомимося з самої фізичної величиною. Щільністю називають відношення маси тіла m до його об`єму V в просторі, що математично можна записати так:

ρ = m / V

Досліджувану величину зазвичай позначають буквою грецького алфавіту ρ (ро).

Якщо різні частини тіла мають відмінні маси, то за допомогою записаної формули можна визначити середню щільність. При цьому локальна щільність може значно відрізнятися від середньої.

Як видно з формули, величина ρ виражається в кг / м³ в системі СІ. Вона характеризує кількість речовини, яке поміщається в одиниці його обсягу. Ця характеристика в багатьох випадках є візитною карткою речовин. Так, у різних металів щільність в кг/м3 є різною, що дозволяє їх ідентифікувати.

Метали та їх щільність

Металеві матеріали являють собою тверді речовини при кімнатній температурі і атмосферному тиску (винятком є лише ртуть). Вони володіють високою пластичністю, електро - і теплопровідністю і мають характерний блиск в відполірованому стані поверхні. Багато властивостей металів пов`язані з наявністю у них впорядкованої кристалічної решітки, у вузлах якої сидять позитивні іонні остови, пов`язані один з одним за допомогою негативного електронного газу.

Що стосується щільності металів, то вона змінюється в широких межах. Так, найменш щільними є лужні легкі метали, такі як літій, калій або натрій. Наприклад, щільність літію становить 534 кг / м³, що практично в два рази менше аналогічної величини для води. Це означає, що пластинки з літію, калію і натрію не будуть тонути у воді. З іншого боку, такі перехідні метали, як реній, осмій, іридій, платина та золото, мають величезну щільність, яка в 20 і більше разів перевищує ρ води.

Нижче наведена таблиця щільності металів. Всі значення відповідають кімнатній температурі в г / см³. Якщо ці значення помножити на 1 000, то ми отримаємо ρ в кг / м³.

Чому існують метали з високою щільністю і з низьким її значенням? Справа в тому, що значення ρ для кожного конкретного випадку визначається двома основними факторами:

1. Особливістю кристалічної решітки металу. Якщо ця решітка буде містити атоми в максимально щільній упаковці, тоді макроскопічна його щільність буде вище. Найбільш щільною упаковкою володіють ГЦК і ГПУ решітки.
2. Фізичними властивостями атома металу. Чим більша його маса і чим менший радіус, тим вище значення ρ. Цей фактор пояснює, чому металами з високою щільністю є хімічні елементи з великим номером в періодичній таблиці.

Експериментальне визначення щільності

Припустимо, у нас є шматок невідомого металу. Як можна визначити його щільність? Згадуючи формулу для ρ, приходимо до відповіді на поставлене запитання. Для визначення щільності металу досить зважити його на будь-яких вагах і виміряти обсяг. Потім слід першу величину розділити на другу, не забуваючи про використання правильних одиниць виміру.

Якщо геометрична форма тіла є складною, то обсяг його виміряти буде нелегко. У таких випадках можна скористатися законом Архімеда, оскільки обсяг витісненої рідини при зануренні тіла буде точно дорівнює вимірюваному об`єму.

На використанні закону Архімеда також заснований метод гідростатичних ваг, винайдених в кінці XVI століття Галілеєм. Суть методу полягає у вимірюванні ваги тіла в повітрі, а потім в рідині. Якщо першу величину позначити P₀, а другу-P₁, тоді щільність металу в кг / м3 обчислюється за такою формулою:

ρ = P₀ * ρ_l / (P₀ - P₁)

Де ρ_l - щільність рідини.

Теоретичне визначення щільності

У наведеній вище таблиці щільності хімічних елементів червоним позначені метали, для яких наведена теоретична щільність. Ці елементи є радіоактивними, і отримані вони були штучно в невеликих кількостях. Зазначені фактори ускладнюють їх точне вимірювання щільності. Однак величину ρ можна успішно розрахувати.

Метод теоретичного визначення щільності досить простий. Для цього потрібно знати масу одного атома, кількість атомів в елементарній кристалічній решітці і тип цієї решітки.

Для прикладу наведемо розрахунок для заліза. Його атом має масу 55,847 а.е.м. Залізо при кімнатних умовах має ОЦК грати з параметром 2,866 ангстрема. Оскільки на один елементарний кубик ОЦК доводиться два атоми, то отримуємо:

ρ = 2 * 55,847 * 1,66 * 10^-27 / (2,866³ * 10^-30) = 7,876 кг / м³

Якщо порівняти це значення з табличним, то видно, що розрізняються вони лише в третьому знаку після коми.