Die Dichte ist eine wichtige physikalische Größe für jeden Aggregatzustand der Materie. In diesem Artikel werden wir uns mit der Frage befassen, wie hoch die Dichte von Metallen ist, wir werden eine Tabelle dieses Parameters für chemische Elemente geben und über das dichteste Metall der Erde sprechen.
Von welcher körperlichen Eigenschaft sprechen wir?
Dichte ist ein Wert, der die Menge eines Stoffes in einem bekannten Volumen charakterisiert. Nach dieser Definition lässt sie sich mathematisch wie folgt berechnen:
ρ=m/V.
Bezeichnen Sie diesen Wert mit dem griechischen Buchstaben ρ (ro).
Die Dichte ist ein universelles Merkmal, da sie zum Vergleich verschiedener Materialien verwendet werden kann. Diese Tatsache kann verwendet werden, um sie zu identifizieren, was der Legende nach der griechische Philosoph Archimedes getan hat (er konnte eine gefälschte goldene Krone herstellen, indem er den Wert von ρ dafür maß).
Dieser Parameter für ein bestimmtes Material hängt von zwei Hauptfaktoren ab:
- aus der Masse der Atome und Moleküle, aus denen die Substanz besteht;
- aus durchschnittlichen interatomaren und intermolekularen Abständen.
Zum Beispiel hat jedes der Übergangsmetalle (Gold, Eisen, Vanadium, Wolfram) eine höhere Dichte als jedes Kohlenstoffmaterial, da die Masse des letzteren Atoms zehnmal geringer ist. Ein anderes Beispiel. Graphit und Diamant sind zwei Kohlenstoffstrukturen. Der zweite ist dichter, da die Atomabstände in seinem Gitter kleiner sind.
Dichte von Metallen
Dies ist die größte Gruppe in Mendelejews Periodensystem. Ein Metall ist jede Substanz, die eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, einen charakteristischen Oberflächenglanz beim Polieren und die Fähigkeit zur plastischen Verformung aufweist.
Ein solches chemisches Element hat im Vergleich zu Stoffen wie Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff eine geringe Elektronegativität. Diese Tatsache führt dazu, dass Metallatome in Volumenstrukturen eine metallische Bindung miteinander eingehen. Es ist eine elektrische Wechselwirkung zwischen positiv geladenen ionischen Basen und einem negativen Elektronengas.
Metallatome im Raum sind in Form einer geordneten Struktur angeordnet, die als Kristallgitter bezeichnet wird. Es gibt nur drei Typen:
- cubic;
- BCC (kubisch raumzentriert);
- HCP (hexagonal dicht gepackt);
- FCC (kubisch flächenzentriert).
Die Dichte von Metallen ist eine physikalische Größe, die von der Art des Kristallgitters abhängt. Unten ist eine Tabelle dieser Parameter für alle chemischen Elemente in g / cm3, die unter normalen Bedingungen enth alten sindFestkörper.
Aus der Tabelle folgt, dass die Dichte von Metallen ein Wert ist, der über einen weiten Bereich variiert. Am schwächsten ist also Lithium, das bei gleichen Volumina zweimal leichter ist als Wasser. Die Dichte des seltenen Metalls Osmium ist die höchste in der Natur. Es ist 22,59 g/cm3.
Wie findest du den Wert?
Die Dichte von Metallen ist eine Eigenschaft, die auf zwei grundsätzlich verschiedene Arten definiert werden kann:
- experimentell;
- theoretisch.
Experimentelle Methoden sind wie folgt:
- Direkte Messungen von Körpergewicht und -volumen. Letzteres ist einfach zu berechnen, wenn die geometrischen Parameter des Körpers bekannt sind und seine Form ideal ist, zum Beispiel ein Prisma, eine Pyramide oder eine Kugel.
- Hydrostatische Messungen. In diesem Fall werden spezielle Skalen verwendet, die Galileo im 16. Jahrhundert erfunden hat. Das Funktionsprinzip ist ganz einfach: Zuerst wird ein Körper unbekannter Dichte in Luft und dann in einer Flüssigkeit (Wasser) gewogen. Danach wird der benötigte Wert mit einer einfachen Formel berechnet.
Die theoretische Methode zur Bestimmung der Dichte von Metallen ist eine ziemlich einfache Methode, die die Kenntnis der Art des Kristallgitters, des interatomaren Abstands darin und der Masse des Atoms erfordert. Als nächstes zeigen wir am Beispiel von Osmium, wie diese Methode angewendet wird.
Dichte des seltenen Metalls Osmium
Erin Spurenmengen auf unserem Planeten gefunden. Am häufigsten kommt es in Form von Legierungen mit Iridium und Platin sowie in Form von Oxiden vor. Osmium hat ein hcp-Gitter mit den Parametern a=2,7343 und c=4,32 Angström. Die durchschnittliche Masse eines Atoms ist m=190,23 amu
Die obigen Zahlen reichen aus, um den Wert von ρ zu bestimmen. Verwenden Sie dazu die ursprüngliche Formel für die Dichte und berücksichtigen Sie, dass ein sechseckiges Prisma sechs Atome enthält. Als Ergebnis erh alten wir die Arbeitsformel:
ρ=4m/(√3a2c).
Durch Einsetzen der oben geschriebenen Zahlen und unter Berücksichtigung ihrer Abmessungen erh alten wir das Ergebnis: ρ=22 579 kg/m3.
Daher beträgt die Dichte eines seltenen Metalls 22,58 g/cm3, was dem experimentell gemessenen Tabellenwert entspricht.
