Метали та сплави. Таблиці щільності металів і сплавів

Кожен школяр, який знайомий з таблицею Менделєєва, знає, що кількість металів в ній становить більшу частину хімічних елементів. Однією з важливих фізичних характеристик для них є щільність. Розглянемо цю величину в статті і наведемо таблицю щільності металів і сплавів.

Що таке щільність

Якщо взяти однакові обсяги пластмаси і сталі, то перша буде набагато легше, ніж друга. Навпаки, шматок пластмаси буде мати точно таку ж вагу, як шматок сталі, якщо він буде набагато більше його за обсягом. Причиною зазначених відмінностей є така фізична величина, як щільність. Формула для її обчислення має наступний вигляд:

ρ = m/V.

Тут m-маса тіла, V - його обсяг. Грецька буква ρ (ро) часто використовується для позначення щільності. З формули випливає, що одиницями вимірювання величини в СІ є кілограми на кубічний метр (кг / м³). Також можуть використовуватися позасистемні одиниці, наприклад, г / см³ або г/ л (для рідин).

Що таке метали

Перш чим приводити таблицю щільності металів, пояснимо, про яку речовину йдеться. Металеві матеріали відрізняються від неметалів високими тепло - і електропровідністю і пластичністю. Це головні відмінні їх властивості. Існують також незначні властивості, такі як наявність характерного металевого блиску, ковкість та низька електронегативність для їх атомів.

Всі метали при нормальних умовах існують в твердому вигляді. Виняток становить лише ртуть, для якої температура кристалізації становить -39^oC. Твердий метал існує у вигляді кристалічної решітки. Остання являє собою сукупність атомів, які певним геометричним способом організовані в просторі. Будь-який чистий (однокомпонентний) металевий матеріал існує в одному з трьох типів кристалічних решіток при даних Умовах. Це наступні решітки:

• Гранецентрована кубічна (ГЦК).
• Об`ємно-центрована кубічна (ОЦК).
• Гексагональна щільно упакована (ГПУ).

Якщо умови (температура, тиск) змінити, то метал може перейти з одного в інший кристалічний стан. Класичним прикладом є перехід ОЦК заліза в ГЦК, коли температура падає нижче 1392^oC, або коли вона підвищується вище 911^oC.

Таблиця щільності металів

Щільність металів визначається двома основними факторами:

• Типом кристалічної решітки і міжатомними відстанями в ній.
• Масою атома хімічного елемента.

Таблиця щільності металів та інших елементів наводиться нижче.

Тут наведені цифри в г / см³. Щоб таблиця щільності металів в кг/ м3 виражалася, необхідно відповідну величину помножити на 1000. З таблиці видно, що метали мають самої різної щільністю. Вони можуть бути легше води (натрій, літій, калій) або ж бути дуже важкими (іридій, осмій, платина, золото) .

Щільність сплавів

Сплави являють собою багатокомпонентні речовини, наприклад, сталь-це сплав заліза і вуглецю. Кристалічна структура сплавів є більш складною, ніж для чистих металів. Для сталі, яка складається з атомів заліза і вуглецю, існує кілька можливостей їх взаємного розташування (твердий розчин вуглецю в ОЦК або ГЦК залозі, утворення Спеціальної фази-цементиту, утворення графітних включень і деякі інші).

Що стосується щільності сплавів, то в багатьох випадках її можна оцінити за наступною простою формулою:

ρ = ∑_im_i/∑_iV_i.

Де i - номер компонента в сплаві. Якщо цей вираз застосувати для двокомпонентного сплаву, то можна отримати наступну формулу:

ρ = ρ₁*ρ₂/(ρ₁+x*(ρ₂-ρ₁)).

Де ρ₁ і ρ₂ - щільності відповідних компонент, x-масова частка першого компонента в сплаві. Вона визначається так:

x = m₁/(m₁ + m₂).

Таблиця щільності деяких сплавів в тоннах на метр кубічний наведена нижче.

Оскільки кожен сплав містить переважно один компонент (сталь-залізо, бронза-мідь, ніхром - нікель і так далі), то не дивно, що їх щільності близькі до відповідних величин для чистих металів.