Elke student die bekend is met het periodiek systeem, weet dat de hoeveelheid metalen erin de meeste chemische elementen vormt. Een van de belangrijke fysieke kenmerken voor hen is dichtheid. Overweeg deze waarde in het artikel en geef een tabel met de dichtheid van metalen en legeringen.
Wat is dichtheid
Als je dezelfde hoeveelheden plastic en staal neemt, zal de eerste veel gemakkelijker zijn dan de tweede. Omgekeerd zal een stuk plastic precies hetzelfde gewicht hebben als een stuk staal als het veel groter is in volume. De reden voor deze verschillen is zo'n fysieke grootheid als dichtheid. De formule om het te berekenen is als volgt:
ρ=m/V.
Hier is m de massa van het lichaam, V is het volume. De Griekse letter ρ (rho) wordt vaak gebruikt om dichtheid aan te duiden. Uit de formule volgt dat de meeteenheden in SI kilogram per kubieke meter (kg/m3) zijn. Er kunnen ook niet-systemische eenheden worden gebruikt, zoals g/cm3 of g/l (voor vloeistoffen).
Wat zijn metalen
Laten we, voordat we een tabel geven van de dichtheid van metalen, uitleggen over welke stof we het hebben. Metallische materialen verschillen van niet-metalen in hoge thermische en elektrische geleidbaarheid en ductiliteit. Dit zijn hun belangrijkste onderscheidende kenmerken. Er zijn ook minder belangrijke eigenschappen, zoals een karakteristieke metaalglans, kneedbaarheid en lage elektronegativiteit voor hun atomen.
Alle metalen bestaan onder normale omstandigheden in vaste vorm. De enige uitzondering is kwik, waarvoor de kristallisatietemperatuur -39oC is. Vast metaal bestaat in de vorm van een kristalrooster. De laatste is een verzameling atomen die op een bepaalde geometrische manier in de ruimte zijn georganiseerd. Elk puur (één-component) metallisch materiaal bestaat onder bepaalde omstandigheden in een van de drie soorten kristalroosters. Dit zijn de volgende rasters:
- Face Centered Cubic (FCC).
- Body Centered Cubic (BCC).
- Zeshoekig dicht opeengepakt (hcp).
Als de omstandigheden (temperatuur, druk) veranderen, kan het metaal van de ene naar de andere kristallijne toestand gaan. Een klassiek voorbeeld is de overgang van bcc-ijzer naar fcc wanneer de temperatuur da alt tot onder 1392oC, of wanneer deze stijgt boven 911oC.
Metaaldichtheidstabel
De dichtheid van metalen wordt bepaald door twee hoofdfactoren:
- Het type kristalrooster en de interatomaire afstanden daarin.
- De massa van een atoomscheikundig element.
Tabel met dichtheid van metalen en andere elementen wordt hieronder gegeven.
Hier zijn cijfers in g/cm3. Om de metaaldichtheidstabel in kg / m3 uit te drukken, is het noodzakelijk om de overeenkomstige waarde met 1000 te vermenigvuldigen. De tabel laat zien dat metalen zeer verschillende dichtheden hebben. Ze kunnen lichter zijn dan water (natrium, lithium, kalium) of erg zwaar (iridium, osmium, platina, goud).
Dichtheid van legeringen
Legers zijn stoffen met meerdere componenten, staal is bijvoorbeeld een legering van ijzer en koolstof. De kristalstructuur van legeringen is complexer dan voor zuivere metalen. Voor staal, dat bestaat uit ijzer- en koolstofatomen, zijn er verschillende mogelijkheden voor hun onderlinge rangschikking (vaste oplossing van koolstof in bcc- of fcc-ijzer, de vorming van een speciale fase - cementiet, de vorming van grafietinsluitingen en enkele andere).
De dichtheid van legeringen kan in veel gevallen worden geschat met behulp van de volgende eenvoudige formule:
ρ=∑imi/∑iV i.
Waarbij i het nummer van het onderdeel in de legering is. Als deze uitdrukking wordt toegepast op een tweecomponentenlegering, kan de volgende formule worden verkregen:
ρ=ρ1ρ2/(ρ1+x(ρ2-ρ1)).
Waar ρ1 en ρ2 de dichtheden zijn van de corresponderende componenten, is x de massafractie van de eerste component in de legering. Het is gedefinieerddus:
x=m1/(m1+ m2).
De dichtheid van sommige legeringen in ton per kubieke meter wordt hieronder gegeven.
Aangezien elke legering overwegend één component bevat (staal - ijzer, brons - koper, nichroom - nikkel, enzovoort), is het niet verwonderlijk dat hun dichtheden dicht bij die van zuivere metalen liggen.
