هر دانش آموزی که با جدول تناوبی آشنا باشد می داند که مقدار فلزات موجود در آن بیشتر عناصر شیمیایی را تشکیل می دهد. یکی از ویژگی های فیزیکی مهم برای آنها چگالی است. این مقدار را در مقاله در نظر بگیرید و جدولی از چگالی فلزات و آلیاژها ارائه دهید.
چگالی چیست
اگر حجم های یکسانی از پلاستیک و فولاد را بردارید، اولین بار بسیار راحت تر از دومی خواهد بود. برعکس، یک تکه پلاستیک اگر از نظر حجم بسیار بزرگتر باشد، دقیقاً همان وزن یک تکه فولاد را خواهد داشت. دلیل این تفاوت ها کمیت فیزیکی مانند چگالی است. فرمول محاسبه آن به صورت زیر است:
ρ=m/V.
در اینجا m جرم جسم، V حجم آن است. حرف یونانی ρ (rho) اغلب برای نشان دادن چگالی استفاده می شود. از فرمول بر می آید که واحدهای اندازه گیری در SI کیلوگرم بر متر مکعب هستند (kg/m3). واحدهای غیر سیستمی نیز ممکن است استفاده شوند، مانند g/cm3 یا g/l (برای مایعات).
فلزات چیست
قبل از ارائه جدول چگالی فلزات، اجازه دهید توضیح دهیم که در مورد چه ماده ای صحبت می کنیم. مواد فلزی از نظر رسانایی حرارتی و الکتریکی بالا و شکل پذیری با غیر فلزات متفاوت هستند. اینها ویژگی های اصلی متمایز آنها هستند. همچنین خواص جزئی مانند داشتن درخشش فلزی مشخص، چکش خواری و الکترونگاتیوی کم برای اتم های آنها وجود دارد.
همه فلزات در شرایط عادی به صورت جامد وجود دارند. تنها استثنا جیوه است که دمای تبلور آن -39oC است. فلز جامد به شکل یک شبکه کریستالی وجود دارد. دومی مجموعه ای از اتم هاست که به روش هندسی خاصی در فضا سازماندهی شده اند. هر ماده فلزی خالص (تک جزئی) در یکی از سه نوع شبکه کریستالی تحت شرایط معین وجود دارد. اینها شبکه های زیر هستند:
- مکعب در مرکز صورت (FCC).
- مکعب در مرکز بدن (BCC).
- هگزاگونال بسته بندی بسته (hcp).
اگر شرایط (دما، فشار) تغییر کند، فلز می تواند از یک حالت کریستالی به حالت کریستالی دیگر برود. یک مثال کلاسیک، انتقال آهن bcc به fcc زمانی است که دما به زیر 1392oC، یا زمانی که از 911oC.
جدول چگالی فلز
چگالی فلزات توسط دو عامل اصلی تعیین می شود:
- نوع شبکه کریستالی و فواصل بین اتمی در آن.
- جرم یک اتمعنصر شیمیایی.
جدول چگالی فلزات و سایر عناصر در زیر آورده شده است.
در اینجا ارقام بر حسب گرم در سانتی متر آمده است3. برای اینکه جدول چگالی فلز بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب بیان شود، لازم است مقدار مربوطه را در 1000 ضرب کنیم. جدول نشان می دهد که فلزات چگالی بسیار متفاوتی دارند. آنها می توانند سبک تر از آب (سدیم، لیتیوم، پتاسیم) یا بسیار سنگین (ایریدیم، اوسمیم، پلاتین، طلا) باشند.
چگالی آلیاژها
آلیاژها مواد چند جزئی هستند، به عنوان مثال، فولاد آلیاژی از آهن و کربن است. ساختار کریستالی آلیاژها پیچیده تر از فلزات خالص است. برای فولاد، که از اتم های آهن و کربن تشکیل شده است، چندین احتمال برای آرایش متقابل آنها وجود دارد (محلول جامد کربن در آهن bcc یا fcc، تشکیل فاز ویژه - سمنتیت، تشکیل آخال های گرافیت، و برخی دیگر).
در مورد چگالی آلیاژها، در بسیاری از موارد می توان آن را با استفاده از فرمول ساده زیر تخمین زد:
ρ=∑imi/∑iV i.
جایی که i تعداد جزء در آلیاژ است. اگر این عبارت برای یک آلیاژ دو جزئی اعمال شود، فرمول زیر را می توان به دست آورد:
ρ=ρ1ρ2/(ρ1+x(ρ2-ρ1)).
که ρ1 و ρ2 چگالی اجزای مربوطه هستند، x کسر جرمی اولین جزء در آلیاژ. تعریف شده استبنابراین:
x=m1/(m1+ m2.
جدول چگالی برخی از آلیاژها بر حسب تن بر متر مکعب در زیر آورده شده است.
از آنجایی که هر آلیاژ عمدتاً حاوی یک جزء است (فولاد - آهن، برنز - مس، نیکروم - نیکل و غیره)، جای تعجب نیست که چگالی آنها نزدیک به چگالی فلزات خالص باشد.
