Care este densitatea metalelor, cum se determină?? Calculul densității pentru osmiu

Densitatea este o mărime fizică importantă pentru orice stare agregată a materiei. În acest articol ne vom uita la ceea ce este - densitatea metalelor, vom da un tabel al acestui parametru pentru elementele chimice și vom vorbi despre cel mai dens metal de pe Pământ.

Ce caracteristică fizică va fi discutată??

Densitatea este o mărime care descrie cantitatea de substanță prezentă într-un volum cunoscut. În conformitate cu această definiție, se poate calcula matematic în felul următor:

ρ = m/V.

Se desemnează prin litera greacă ρ (ro).

Densitatea este o caracteristică universală, deoarece poate fi folosită pentru a compara diferite materiale. Acest fapt poate fi folosit pentru a le identifica, așa cum a făcut filozoful grec Arhimede, conform legendei (el a reușit să stabilească contrafacerea coroanei de aur măsurând valoarea lui ρ pentru aceasta).

Acest parametru pentru un anumit material depinde de doi factori principali:

• a masei atomilor și moleculelor constitutive;
• din distanțele medii interatomice și intermoleculare.

De exemplu, oricare dintre metalele de tranziție (aur, fier, vanadiu, wolfram) are o densitate mai mare decât orice material de carbon, deoarece acesta din urmă are o masă atomică de zeci de ori mai mică. Un alt exemplu. Grafitul și diamantul sunt două structuri de carbon. Cel de-al doilea este mai dens, deoarece distanțele interatomice din rețeaua sa sunt mai mici.

Densitatea metalelor

Aceasta este cea mai abundentă grupă din tabelul periodic al lui Mendeleev. Un metal este orice substanță care posedă o conductivitate termică și electrică ridicată, un luciu caracteristic al suprafeței atunci când este lustruită și capacitatea de a suferi deformări plastice.

Acest element chimic are o electronegativitate scăzută în comparație cu substanțe precum azotul, oxigenul și carbonul. Acest fapt face ca atomii de metal să formeze o legătură metalică între ei în structurile masive. Reprezintă interacțiunea electrică dintre bazele ionice încărcate pozitiv și un gaz cu electroni negativi.

Atomii de metal în spațiu sunt aranjați într-o structură ordonată numită rețea cristalină. Există doar trei tipuri:

• cubic;
• Rețeaua BCC (volumetrically centred cubic);
• GCU (hexagonal dens împachetat);
• HCC (cubic cu fața centrată).

Densitatea metalelor este o mărime fizică care depinde de tipul de rețea cristalină. Mai jos este un tabel cu acest parametru pentru toate elementele chimice în g/cm³, care, în condiții normale, se află în stare solidă.

Tabelul arată că densitatea unui metal este o mărime variabilă care variază într-o gamă largă. De exemplu, cel mai slab este litiul, care, la volume egale, este pe jumătate la fel de ușor ca apa. Densitatea metalului rar osmiu este a celor mai mari în natură. Este de 22,59 g/cm³.

Metodele experimentale se prezintă sub următoarea formă:

1. Măsurarea directă a greutății unui corp și a volumului său. Acesta din urmă este ușor de calculat, dacă se cunosc parametrii geometrici ai unui corp și dacă forma sa este ideală, de exemplu prismă, piramidă sau bilă.
2. Măsurători hidrostatice. În acest caz, se folosește o scală specială, inventată încă din secolul al XVI-lea de Galileo. Principiul funcționării lor este destul de simplu: mai întâi se cântărește un corp de densitate necunoscută în aer și apoi într-un lichid (apă). Apoi calculăm valoarea necesară folosind o formulă simplă.

În ceea ce privește metoda teoretică de determinare a densității metalelor, aceasta este o metodă destul de simplă, care necesită cunoașterea tipului de rețea cristalină, a distanței interatomice din aceasta și a masei atomului. În continuare, vom arăta, folosind osmiul ca exemplu, cum se aplică această metodă.

Densitatea metalului rar osmiu

Se găsește în cantități infime pe planeta noastră. Se găsește cel mai adesea sub formă de aliaje cu iridiu și platină, precum și sub formă de oxizi. Osmiul are o rețea cu parametrii a = 2,7343 și c = 4,32 angstrom. Masa unui atom este în medie m = 190,23 a.е.м.

Cifrele de mai sus sunt suficiente pentru a determina valoarea ρ. Utilizăm formula originală pentru densitate și considerăm că o prismă hexagonală conține șase atomi. Ca urmare, ajungem la o formulă de lucru:

ρ = 4*m/(√3*a)²*c).

Înlocuind cifrele de mai sus și ținând cont de dimensiunile lor, obținem rezultatul: ρ = 22 579 kg/m³.

Astfel, densitatea metalului rar este de 22,58 g/cm³, care este egală cu valoarea tabelară măsurată experimental.