Wat is die digtheid van metale, hoe word dit bepaal? Digtheidsberekening vir osmium

INHOUDSOPGAWE:

Wat is die digtheid van metale, hoe word dit bepaal? Digtheidsberekening vir osmium
Wat is die digtheid van metale, hoe word dit bepaal? Digtheidsberekening vir osmium
Anonim

Digtheid is 'n belangrike fisiese grootheid vir enige totale toestand van materie. In hierdie artikel sal ons die vraag oorweeg wat die digtheid van metale is, ons sal 'n tabel gee van hierdie parameter vir chemiese elemente en praat oor die digste metaal op aarde.

Van watter fisiese eienskap praat ons?

Digtheid is 'n waarde wat die hoeveelheid van 'n stof in 'n bekende volume kenmerk. Volgens hierdie definisie kan dit wiskundig soos volg bereken word:

ρ=m/V.

Wys hierdie waarde met die Griekse letter ρ (ro) aan.

Digtheid is 'n universele eienskap omdat dit gebruik kan word om verskillende materiale te vergelyk. Hierdie feit kan gebruik word om hulle te identifiseer, wat is wat die Griekse filosoof Archimedes volgens legende gedoen het (hy kon 'n vals goue kroon vestig deur die waarde van ρ daarvoor te meet).

Hierdie parameter vir 'n spesifieke materiaal hang van twee hooffaktore af:

  • van die massa van die atome en molekules waaruit die stof bestaan;
  • van gemiddelde interatomiese en intermolekulêre afstande.

Byvoorbeeld, enige van die oorgangsmetale (goud, yster, vanadium, wolfram) het 'n hoër digtheid as enige koolstofmateriaal, aangesien die massa van laasgenoemde atoom tien keer minder is. Nog 'n voorbeeld. Grafiet en diamant is twee koolstofstrukture. Die tweede is digter, aangesien die interatomiese afstande in sy rooster kleiner is.

Digtheid van metale

Dit is die grootste groep in Mendeleev se periodieke tabel. 'n Metaal is enige stof wat 'n hoë termiese en elektriese geleidingsvermoë het, 'n kenmerkende oppervlakglans wanneer dit gepoleer word, en die vermoë om plastiese vervorming te ondergaan.

So 'n chemiese element het 'n lae elektronegatiwiteit in vergelyking met stowwe soos stikstof, suurstof en koolstof. Hierdie feit lei daartoe dat metaalatome in grootmaatstrukture 'n metaalbinding met mekaar vorm. Dit is 'n elektriese interaksie tussen positief gelaaide ioniese basisse en 'n negatiewe elektrongas.

Metaalatome in die ruimte is gerangskik in die vorm van 'n geordende struktuur, wat 'n kristalrooster genoem word. Daar is net drie tipes:

  • kubieke;
  • BCC (liggaamgesentreerde kubieke);
  • HCP (heksagonaal gesluit);
  • FCC (gesig-gesentreerde kubieke).

Die digtheid van metale is 'n fisiese hoeveelheid wat afhang van die tipe kristalrooster. Hieronder is 'n tabel van hierdie parameter vir alle chemiese elemente in g / cm3, wat onder normale toestande invaste toestand.

Tabel van digthede van chemiese elemente
Tabel van digthede van chemiese elemente

Uit die tabel volg dit dat die digtheid van metale 'n waarde is wat oor 'n wye reeks verskil. Dus, die swakste is litium, wat met dieselfde volumes twee keer ligter as water is. Die digtheid van die seldsame metaal osmium is die hoogste in die natuur. Dit is 22,59 g/cm3.

Hoe vind jy die waarde?

Die digtheid van metale is 'n eienskap wat op twee fundamenteel verskillende maniere gedefinieer kan word:

  • eksperimenteel;
  • teoreties.
Hidrostatiese balans
Hidrostatiese balans

Eksperimentele metodes is soos volg:

  1. Direkte metings van liggaamsgewig en volume. Laasgenoemde is maklik om te bereken as die geometriese parameters van die liggaam bekend is, en sy vorm is ideaal, byvoorbeeld 'n prisma, 'n piramide of 'n bal.
  2. Hidrostatiese metings. In hierdie geval word spesiale skale gebruik, wat in die 16de eeu deur Galileo uitgevind is. Die beginsel van hul werking is redelik eenvoudig: eers word 'n liggaam van onbekende digtheid in lug geweeg, en dan in 'n vloeistof (water). Daarna word die vereiste waarde met 'n eenvoudige formule bereken.

Wat die teoretiese metode vir die bepaling van die digtheid van metale betref, dit is 'n redelik eenvoudige metode wat kennis van die tipe kristalrooster, die interatomiese afstand daarin en die massa van die atoom vereis. Volgende, deur die voorbeeld van osmium te gebruik, sal ons wys hoe hierdie metode gebruik word.

Digtheid van die seldsame metaal osmium

Kristal rooster hcp
Kristal rooster hcp

Hygevind in spoorhoeveelhede op ons planeet. Dikwels word dit gevind in die vorm van legerings met iridium en platinum, sowel as in die vorm van oksiede. Osmium het 'n hcp-rooster met parameters a=2,7343 en c=4,32 angstrom. Die gemiddelde massa van een atoom is m=190.23 amu

Bogenoemde getalle is genoeg om die waarde van ρ te bepaal. Om dit te doen, gebruik die oorspronklike formule vir die digtheid en neem in ag dat een seskantige prisma ses atome bevat. Gevolglik kom ons by die werkformule:

ρ=4m/(√3a2c).

Deur die syfers wat hierbo geskryf is te vervang en hul afmetings in ag te neem, kom ons by die resultaat: ρ=22 579 kg/m3.

Osmium metaal
Osmium metaal

Dus, die digtheid van 'n seldsame metaal is 22,58 g/cm3, wat gelyk is aan die eksperimenteel gemeet tabelwaarde.

Aanbeveel: