چگالی یک کمیت فیزیکی مهم برای هر حالت تجمعی از ماده است. در این مقاله به این سوال می پردازیم که چگالی فلزات چقدر است، جدولی از این پارامتر برای عناصر شیمیایی ارائه می دهیم و در مورد متراکم ترین فلز روی زمین صحبت می کنیم.
در مورد چه ویژگی فیزیکی صحبت می کنیم؟
چگالی مقداری است که مقدار یک ماده را در یک حجم شناخته شده مشخص می کند. با توجه به این تعریف، می توان آن را به صورت ریاضی به صورت زیر محاسبه کرد:
ρ=m/V.
این مقدار را با حرف یونانی ρ (ro) تعیین کنید.
چگالی یک ویژگی جهانی است زیرا می توان از آن برای مقایسه مواد مختلف استفاده کرد. از این واقعیت می توان برای شناسایی آنها استفاده کرد، کاری که طبق افسانه، ارشمیدس فیلسوف یونانی انجام داد (او توانست تاج طلایی جعلی را با اندازه گیری مقدار ρ برای آن ایجاد کند).
این پارامتر برای یک ماده خاص به دو عامل اصلی بستگی دارد:
- از جرم اتم ها و مولکول های سازنده ماده؛
- از میانگین فواصل بین اتمی و بین مولکولی.
برای مثال، هر یک از فلزات واسطه (طلا، آهن، وانادیوم، تنگستن) چگالی بالاتری نسبت به هر ماده کربنی دارد، زیرا جرم اتم دوم ده برابر کمتر است. مثالی دیگر. گرافیت و الماس دو ساختار کربنی هستند. دومی چگال تر است، زیرا فواصل بین اتمی در شبکه آن کوچکتر است.
چگالی فلزات
این بزرگترین گروه در جدول تناوبی مندلیف است. فلز به هر ماده ای گفته می شود که دارای رسانایی حرارتی و الکتریکی بالا، درخشندگی سطح مشخصه هنگام پرداخت و توانایی تغییر شکل پلاستیکی باشد.
چنین عنصر شیمیایی در مقایسه با موادی مانند نیتروژن، اکسیژن و کربن دارای الکترونگاتیوی پایینی است. این واقعیت منجر به این واقعیت می شود که اتم های فلز در ساختارهای حجیم یک پیوند فلزی با یکدیگر تشکیل می دهند. این یک برهمکنش الکتریکی بین بازهای یونی با بار مثبت و یک گاز الکترون منفی است.
اتم های فلزات در فضا به شکل ساختاری مرتب قرار گرفته اند که به آن شبکه کریستالی می گویند. فقط سه نوع وجود دارد:
- مکعب;
- BCC (مکعب در مرکز بدن);
- HCP (هگزاگونال بسته بندی شده);
- FCC (مکعب در مرکز).
چگالی فلزات یک کمیت فیزیکی است که به نوع شبکه کریستالی بستگی دارد. در زیر جدولی از این پارامتر برای تمام عناصر شیمیایی در گرم / سانتی متر3 آمده است که در شرایط عادی درحالت جامد.
از جدول به دست می آید که چگالی فلزات مقداری است که در محدوده وسیعی متفاوت است. بنابراین ضعیف ترین لیتیوم است که با همان حجم ها دو برابر سبکتر از آب است. چگالی فلز کمیاب اسمیم بالاترین میزان در طبیعت است. 22.59 گرم در سانتی متر است3.
چگونه مقدار را پیدا می کنید؟
چگالی فلزات مشخصه ای است که می توان آن را به دو صورت اساسی تعریف کرد:
- تجربی؛
- نظری.
روش های آزمایشی به شرح زیر است:
- اندازه گیری مستقیم وزن و حجم بدن. محاسبه دومی آسان است اگر پارامترهای هندسی بدن مشخص باشد، و شکل آن ایده آل است، برای مثال، یک منشور، یک هرم یا یک توپ.
- اندازه گیری های هیدرواستاتیک. در این مورد از ترازوهای ویژه ای استفاده می شود که توسط گالیله در قرن شانزدهم اختراع شد. اصل عملکرد آنها بسیار ساده است: ابتدا جسمی با چگالی ناشناخته در هوا و سپس در یک مایع (آب) وزن می شود. پس از آن، مقدار مورد نیاز با استفاده از یک فرمول ساده محاسبه می شود.
در مورد روش نظری برای تعیین چگالی فلزات، این روش نسبتاً ساده ای است که نیاز به دانش در مورد نوع شبکه بلوری، فاصله بین اتمی در آن و جرم اتم دارد. در ادامه، با استفاده از مثال اسمیوم، نحوه استفاده از این روش را نشان خواهیم داد.
چگالی فلز کمیاب اسمیم
اوبه مقدار کمی در سیاره ما یافت می شود. اغلب به شکل آلیاژهایی با ایریدیوم و پلاتین و همچنین به شکل اکسیدها یافت می شود. اوسمیوم دارای یک شبکه hcp با پارامترهای a=2.7343 و c=4.32 آنگستروم است. جرم متوسط یک اتم m=190.23 amu است
اعداد بالا برای تعیین مقدار ρ کافی است. برای انجام این کار، از فرمول اصلی برای چگالی استفاده کنید و در نظر بگیرید که یک منشور شش ضلعی شامل شش اتم است. در نتیجه به فرمول کاری می رسیم:
ρ=4m/(√3a2c).
با جایگزینی ارقام نوشته شده در بالا و با در نظر گرفتن ابعاد آنها، به نتیجه می رسیم: ρ=22 579 kg/m3.
بنابراین، چگالی یک فلز کمیاب 22.58 گرم در سانتی متر است3، که برابر با مقدار جدول اندازه گیری تجربی است.
