Dichte von Metallen in kg/m3: Tabelle. Experimentelle und theoretische Bestimmung der Dichte

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 17:44

Metalle sind chemische Elemente, die den größten Teil des Periodensystems von D. I. Mendelejew ausmachen. In diesem Artikel werden wir eine so wichtige physikalische Eigenschaft wie die Dichte betrachten und auch eine Tabelle der Dichte von Metallen in kg / m3 geben.

Materiedichte

Bevor wir uns mit der Dichte von Metallen in kg/m3 befassen, wollen wir uns mit der physikalischen Größe selbst vertraut machen. Die Dichte ist das Verhältnis der Körpermasse m zu ihrem Volumen V im Raum, das mathematisch wie folgt geschrieben werden kann:

ρ=m / V

Der untersuchte Wert wird normalerweise mit dem Buchstaben des griechischen Alphabets ρ (ro) bezeichnet.

Wenn verschiedene Körperteile unterschiedliche Massen haben, dann kannst du mit der geschriebenen Formel die durchschnittliche Dichte bestimmen. In diesem Fall kann die lokale Dichte deutlich vom Durchschnitt abweichen.

Wie Sie der Formel entnehmen können, wird der Wert von ρ im SI-System in kg/m ausgedrückt3. Sie charakterisiert die Menge eines Stoffes, die in eine Einheit seines Volumens eingebracht wird. Diese Eigenschaft ist in vielen Fällen das Markenzeichen von Substanzen. Also für verschiedene Metalle die Dichte in kg / m3ist anders, wodurch sie identifiziert werden können.

Metalle und ihre Dichte

Metallische Werkstoffe sind bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck fest (Quecksilber ist die einzige Ausnahme). Sie haben eine hohe Plastizität, elektrische und thermische Leitfähigkeit und besitzen im polierten Zustand der Oberfläche einen charakteristischen Glanz. Viele Eigenschaften von Metallen hängen mit dem Vorhandensein eines geordneten Kristallgitters zusammen, in dem positive Ionenkerne an den Knoten sitzen, die durch ein negatives Elektronengas miteinander verbunden sind.

Die Dichte von Metallen ist sehr unterschiedlich. Am wenigsten dicht sind also die Alkali-Leichtmetalle wie Lithium, Kalium oder Natrium. Beispielsweise beträgt die Dichte von Lithium 534 kg/m3, was fast der Hälfte von Wasser entspricht. Dies bedeutet, dass Lithium-, Kalium- und Natriumplatten nicht in Wasser sinken. Andererseits haben Übergangsmetalle wie Rhenium, Osmium, Iridium, Platin und Gold eine enorme Dichte, die das 20-fache oder mehr von ρ von Wasser beträgt.

Die folgende Tabelle zeigt die Dichte von Metallen. Alle Werte beziehen sich auf Raumtemperatur in g/cm³. Multipliziert man diese Werte mit 1.000, so erhält man ρ in kg/m^3.

Warum gibt es Metalle mit hoher und mit niedriger Dichte? Tatsache ist, dass der Wert von ρ für jeden speziellen Fall durch zwei Hauptfaktoren bestimmt wirdFaktoren:

1. Merkmal des Kristallgitters des Metalls. Wenn dieses Gitter Atome in der dichtesten Packung enthält, dann wird seine makroskopische Dichte höher sein. FCC- und hcp-Gitter haben die dichteste Packung.
2. Physikalische Eigenschaften des Metallatoms. Je größer seine Masse und je kleiner der Radius, desto größer ist der Wert von ρ. Dieser Faktor erklärt, warum hochdichte Metalle chemische Elemente mit einer hohen Zahl im Periodensystem sind.

Experimentelle Bestimmung der Dichte

Angenommen, wir haben ein Stück unbekanntes Metall. Wie kann man seine Dichte bestimmen? Unter Hinweis auf die Formel für ρ gelangen wir zur Antwort auf die gestellte Frage. Um die Dichte des Metalls zu bestimmen, reicht es aus, es auf einer beliebigen Waage zu wiegen und das Volumen zu messen. Dann sollte der erste Wert durch den zweiten dividiert werden, wobei daran zu denken ist, die richtigen Einheiten zu verwenden.

Wenn die geometrische Form des Körpers komplex ist, wird es nicht einfach sein, sein Volumen zu messen. In solchen Fällen können Sie das Archimedische Gesetz anwenden, da das Volumen der verdrängten Flüssigkeit beim Eintauchen des Körpers genau gleich dem gemessenen Volumen ist.

Die Ende des 16. Jahrhunderts von Galilei erfundene Methode der hydrostatischen Gewichte basiert ebenfalls auf der Anwendung des Gesetzes von Archimedes. Die Essenz der Methode besteht darin, das Körpergewicht in Luft und dann in Flüssigkeit zu messen. Wenn der erste Wert mit P₀ und der zweite mit P_{1 bezeichnet wird, wird die Metalldichte in kg/m3 wie folgt berechnet Formel:}

ρ=P₀ ρ_l / (P₀ - P 1₎

Wobei ρ_{l die Dichte der Flüssigkeit ist.}

Theoretische Definition der Dichte

In der obigen Tabelle der Dichten chemischer Elemente sind die Metalle, für die die theoretische Dichte angegeben ist, rot markiert. Diese Elemente sind radioaktiv und wurden in geringen Mengen künstlich gewonnen. Diese Faktoren machen es schwierig, ihre Dichte genau zu messen. Der Wert von ρ kann jedoch erfolgreich berechnet werden.

Die Methode der theoretischen Dichtebestimmung ist recht einfach. Dazu muss man die Masse eines Atoms, die Anzahl der Atome im elementaren Kristallgitter und die Art dieses Gitters kennen.

Nehmen wir zum Beispiel eine Berechnung für Eisen. Sein Atom hat eine Masse von 55,847 amu. Eisen hat unter Raumbedingungen ein bcc-Gitter mit einem Parameter von 2,866 Angström. Da es zwei Atome pro elementarem bcc-Würfel gibt, erh alten wir:

ρ=255, 8471, 6610^-27 / (2, 866³ 10 -30^{)=7,876 kg/m}3

Wenn wir diesen Wert mit dem Tabellenwert vergleichen, sehen wir, dass sie sich nur in der dritten Dezimalstelle unterscheiden.