Dichtheid van metalen in kg/m3: tabel. Experimentele en theoretische bepaling van dichtheid

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-02 17:53

Metalen zijn chemische elementen die het grootste deel van het periodiek systeem van D. I. Mendelejev vormen. In dit artikel zullen we zo'n belangrijke fysieke eigenschap als dichtheid beschouwen, en ook een tabel geven van de dichtheid van metalen in kg / m3.

Dichtheid van materie

Voordat we ons bezighouden met de dichtheid van metalen in kg/m3, laten we eerst kennis maken met de fysieke hoeveelheid zelf. Dichtheid is de verhouding van lichaamsmassa m tot zijn volume V in de ruimte, die wiskundig als volgt kan worden geschreven:

ρ=m / V

De waarde die wordt bestudeerd, wordt meestal aangegeven met de letter van het Griekse alfabet ρ (ro).

Als verschillende delen van het lichaam verschillende massa's hebben, kun je met behulp van de geschreven formule de gemiddelde dichtheid bepalen. In dit geval kan de lokale dichtheid aanzienlijk afwijken van het gemiddelde.

Zoals je aan de formule kunt zien, wordt de waarde van ρ uitgedrukt in kg/m3in het SI-systeem. Het karakteriseert de hoeveelheid van een stof die in een eenheid van zijn volume wordt geplaatst. Deze eigenschap is in veel gevallen het kenmerk van stoffen. Dus, voor verschillende metalen, de dichtheid in kg / m3is anders, waardoor ze kunnen worden geïdentificeerd.

Metalen en hun dichtheid

Metaalmaterialen zijn vaste stoffen bij kamertemperatuur en atmosferische druk (kwik is de enige uitzondering). Ze hebben een hoge plasticiteit, elektrische en thermische geleidbaarheid en hebben een karakteristieke glans in de gepolijste staat van het oppervlak. Veel eigenschappen van metalen worden geassocieerd met de aanwezigheid van een geordend kristalrooster waarin positieve ionische kernen op de knopen zitten, met elkaar verbonden door middel van een negatief elektronengas.

De dichtheid van metalen varieert sterk. Dus de minst dichte zijn de alkalische lichte metalen, zoals lithium, kalium of natrium. De dichtheid van lithium is bijvoorbeeld 534 kg/m3, wat bijna de helft is van die van water. Dit betekent dat lithium-, kalium- en natriumplaten niet in water zinken. Aan de andere kant hebben overgangsmetalen zoals rhenium, osmium, iridium, platina en goud een enorme dichtheid, die 20 of meer keer de ρ van water is.

De onderstaande tabel toont de dichtheid van metalen. Alle waarden hebben betrekking op kamertemperatuur in g/cm³. Als deze waarden worden vermenigvuldigd met 1.000, dan krijgen we ρ in kg/m^3.

Waarom zijn er metalen met een hoge dichtheid en metalen met een lage dichtheid? Het feit is dat de waarde van ρ voor elk specifiek geval wordt bepaald door twee belangrijkefactoren:

1. Kenmerk van het kristalrooster van het metaal. Als dit rooster atomen bevat in de meest dichte pakking, dan zal de macroscopische dichtheid hoger zijn. FCC- en hcp-roosters hebben de dichtste pakking.
2. Fysieke eigenschappen van het metaalatoom. Hoe groter de massa en hoe kleiner de straal, hoe hoger de waarde van ρ. Deze factor verklaart waarom metalen met een hoge dichtheid chemische elementen zijn met een hoog aantal in het periodiek systeem.

Experimentele bepaling van dichtheid

Stel dat we een stuk onbekend metaal hebben. Hoe kun je de dichtheid bepalen? Als we de formule voor herinneren, komen we tot het antwoord op de gestelde vraag. Om de dichtheid van het metaal te bepalen, volstaat het om het op een weegschaal te wegen en het volume te meten. Vervolgens moet de eerste waarde worden gedeeld door de tweede, waarbij u eraan denkt de juiste eenheden te gebruiken.

Als de geometrische vorm van het lichaam complex is, zal het niet gemakkelijk zijn om het volume te meten. In dergelijke gevallen kunt u de wet van Archimedes gebruiken, aangezien het volume van de verplaatste vloeistof wanneer het lichaam wordt ondergedompeld exact gelijk zal zijn aan het gemeten volume.

De methode van hydrostatische gewichten, uitgevonden aan het einde van de 16e eeuw door Galileo, is ook gebaseerd op het gebruik van de wet van Archimedes. De essentie van de methode is het meten van het lichaamsgewicht in lucht en vervolgens in vloeistof. Als de eerste waarde wordt aangegeven met P₀, en de tweede met P_{1, dan wordt de metaaldichtheid in kg/m3 berekend met behulp van het volgende formule:}

ρ=P₀ ρ_l / (P₀ - P 1₎

Waar ρ_{l de dichtheid van de vloeistof is.}

Theoretische definitie van dichtheid

In de bovenstaande tabel met dichtheden van chemische elementen zijn de metalen waarvoor de theoretische dichtheid wordt gegeven in rood gemarkeerd. Deze elementen zijn radioactief en werden in kleine hoeveelheden kunstmatig verkregen. Deze factoren maken het moeilijk om hun dichtheid nauwkeurig te meten. De waarde van ρ kan echter met succes worden berekend.

De methode van theoretische bepaling van de dichtheid is vrij eenvoudig. Om dit te doen, moet je de massa van één atoom weten, het aantal atomen in het elementaire kristalrooster en het type van dit rooster.

Laten we bijvoorbeeld een berekening maken voor ijzer. Het atoom heeft een massa van 55.847 amu. IJzer onder kameromstandigheden heeft een bcc-rooster met een parameter van 2,866 angstrom. Aangezien er twee atomen per elementaire bcc-kubus zijn, krijgen we:

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

Als we deze waarde vergelijken met de tabel één, kunnen we zien dat ze alleen verschillen in de derde decimaal.