Gustina metala u kg/m3: tabela. Eksperimentalno i teorijsko određivanje gustine

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 17:42

Metali su hemijski elementi koji čine većinu periodnog sistema D. I. Mendeljejeva. U ovom članku ćemo razmotriti tako važno fizičko svojstvo kao što je gustina, a također ćemo dati tablicu gustine metala u kg / m3.

Gustina materije

Pre nego što se pozabavimo gustinom metala u kg/m3, hajde da se upoznamo sa samom fizičkom količinom. Gustina je omjer tjelesne mase m i njegovog volumena V u prostoru, koji se matematički može napisati na sljedeći način:

ρ=m / V

Proučavana vrijednost obično se označava slovom grčke abecede ρ (ro).

Ako različiti dijelovi tijela imaju različite mase, onda pomoću napisane formule možete odrediti prosječnu gustinu. U ovom slučaju, lokalna gustina se može značajno razlikovati od prosjeka.

Kao što možete vidjeti iz formule, vrijednost ρ je izražena u kg/m3u SI sistemu. Karakterizira količinu tvari koja se nalazi u jedinici njene zapremine. Ova karakteristika u mnogim slučajevima je zaštitni znak supstanci. Dakle, za različite metale, gustina u kg / m3je drugačiji, što omogućava njihovu identifikaciju.

Metali i njihova gustina

Metalni materijali su čvrste materije na sobnoj temperaturi i atmosferskom pritisku (živa je jedini izuzetak). Imaju visoku plastičnost, električnu i toplotnu provodljivost i karakterističan sjaj u poliranom stanju površine. Mnoga svojstva metala povezana su s prisustvom uređene kristalne rešetke u kojoj su pozitivna jonska jezgra smještena na čvorovima, međusobno povezana pomoću gasa negativnog elektrona.

Što se tiče gustine metala, ona veoma varira. Dakle, najmanje gusti su alkalni laki metali, kao što su litijum, kalijum ili natrijum. Na primjer, gustina litijuma je 534 kg/m3, što je skoro upola manje od vode. To znači da litijum, kalijum i natrijum ploče neće potonuti u vodi. S druge strane, prelazni metali kao što su renijum, osmijum, iridijum, platina i zlato imaju ogromnu gustinu, koja je 20 ili više puta veća od ρ vode.

Tabela ispod pokazuje gustinu metala. Sve vrijednosti se odnose na sobnu temperaturu u g/cm³. Ako se ove vrijednosti pomnože sa 1.000, onda dobijamo ρ u kg/m^3.

Zašto postoje metali visoke gustine i metali niske gustine? Činjenica je da vrijednost ρ za svaki konkretan slučaj određuju dva glavnafaktori:

1. Obilježje kristalne rešetke metala. Ako ova rešetka sadrži atome u najgušćem pakovanju, tada će njena makroskopska gustoća biti veća. FCC i hcp rešetke imaju najgušće pakiranje.
2. Fizička svojstva atoma metala. Što je veća njegova masa i manji polumjer, to je veća vrijednost ρ. Ovaj faktor objašnjava zašto su metali visoke gustine hemijski elementi sa velikim brojem u periodnom sistemu.

Eksperimentalno određivanje gustine

Pretpostavimo da imamo komad nepoznatog metala. Kako možete odrediti njegovu gustinu? Prisjećajući se formule za ρ, dolazimo do odgovora na postavljeno pitanje. Da bi se odredila gustoća metala, dovoljno je izvagati ga na bilo kojoj vagi i izmjeriti volumen. Zatim prvu vrijednost treba podijeliti s drugom, ne zaboravite da koristite ispravne jedinice.

Ako je geometrijski oblik tijela složen, tada neće biti lako izmjeriti njegovu zapreminu. U takvim slučajevima možete koristiti Arhimedov zakon, pošto će zapremina istisnute tečnosti kada je telo uronjeno biti tačno jednaka izmerenoj zapremini.

Metoda hidrostatskih utega, koju je izmislio Galileo krajem 16. veka, takođe se zasniva na upotrebi Arhimedovog zakona. Suština metode je mjerenje tjelesne težine u zraku, a zatim u tečnosti. Ako je prva vrijednost označena sa P₀, a druga sa P_{1, tada se gustina metala u kg/m3 izračunava koristeći sljedeće formula:}

ρ=P₀ ρ_l / (P₀ - P 1₎

Gdje je ρ_{l gustina tečnosti.}

Teorijska definicija gustine

U gornjoj tabeli gustina hemijskih elemenata, metali za koje je data teorijska gustina označeni su crvenom bojom. Ovi elementi su radioaktivni, a dobiveni su umjetno u malim količinama. Ovi faktori otežavaju precizno mjerenje njihove gustine. Međutim, vrijednost ρ se može uspješno izračunati.

Metoda teoretskog određivanja gustine je prilično jednostavna. Da biste to učinili, morate znati masu jednog atoma, broj atoma u elementarnoj kristalnoj rešetki i tip ove rešetke.

Na primjer, uzmimo proračun za željezo. Njegov atom ima masu od 55.847 amu. Gvožđe u sobnim uslovima ima bcc rešetku sa parametrom od 2.866 angstroma. Pošto postoje dva atoma po elementarnoj bcc kocki, dobijamo:

ρ=255, 8471, 6610^-27 / (2, 866³ 10 -30^{)=7.876 kg/m}3

Ako ovu vrijednost uporedimo sa tabelarnom, možemo vidjeti da se razlikuju samo na trećem decimalu.