Какво представлява плътността на метала и как се определя?? Изчисляване на плътността на осмия

Плътността е важна физична величина за всяко агрегатно състояние на материята. В тази статия ще обсъдим каква е плътността на металите, ще дадем таблица с този параметър за химичните елементи и ще разкажем за най-плътния метал на Земята.

Каква физическа характеристика ще бъде обсъдена?

Плътността е величина, която характеризира количеството на дадено вещество в известен обем. Според тази дефиниция тя може да се изчисли математически по следния начин:

ρ = m/V.

Означава се с гръцката буква ρ (ro).

Плътността е универсална характеристика, тъй като може да се използва за сравняване на различни материали. Този факт може да се използва за идентифицирането им, както според легендата е направил гръцкият философ Архимед (той е успял да установи фалшивостта на златната корона, като е измерил стойността на ρ за нея).

Този параметър за даден материал зависи от два основни фактора:

• масата на съставящите я атоми и молекули;
• от средни междуатомни и междумолекулни разстояния.

Например всеки от преходните метали (злато, желязо, ванадий, волфрам) има по-висока плътност от всеки въглероден материал, тъй като атомната маса на последния е десетки пъти по-малка. Друг пример. Графитът и диамантът са две въглеродни структури. Последният е по-плътен, тъй като междуатомните разстояния в решетката му са по-малки.

Плътност на металите

Това е най-разпространената група в периодичната таблица на Менделеев. Метал е всяко вещество, което има висока топло- и електропроводимост, характерен гланц на повърхността при полиране и способност за пластична деформация.

Този химичен елемент има ниска електроотрицателност в сравнение с вещества като азот, кислород и въглерод. Този факт води до това, че в обемните структури металните атоми образуват метална връзка помежду си. Представлява електрическо взаимодействие между положително заредени йонни основи и отрицателен електронен газ.

Металните атоми в пространството са подредени в подредена структура, наречена кристална решетка. Съществуват само три вида:

• кубична;
• OCC (обемно центрирано кубично тяло);
• HPU (хексагонална плътна опаковка);
• HCC (лицево-центричен кубичен).

Плътността на металите е физична величина, която зависи от вида на кристалната решетка. По-долу е представена таблица на този параметър за всички химични елементи в g/cm³, които при нормални условия са в твърдо състояние.

От таблицата се вижда, че плътността на металите е променлива величина. Например най-слабият елемент е литият, чието тегло е наполовина по-малко от това на водата при равни обеми. Плътността на редкия метал осмий е на най-големите в природата. То е 22,59 g/cm³.

Експерименталните методи са в следната форма:

1. Пряко измерване на теглото на тялото и неговия обем. Последното е лесно за изчисляване, ако са известни геометричните параметри на тялото и формата му е идеална, например призма, пирамида или сфера.
2. Хидростатични измервания. В този случай се използват специални везни, изобретени от Галилей още през 16 век. Принципът им е много прост: тяло с неизвестна плътност се претегля първо във въздух, а след това в течност (вода). След това се използва проста формула за изчисляване на стойността.

Що се отнася до теоретичния метод за определяне на плътността на металите, той е сравнително прост и изисква познаване на вида на кристалната решетка, междуатомното разстояние в нея и масата на атома. След това ще покажем на примера с осмия как се използва този метод.

Плътността на редкия метал осмий

На нашата планета той се среща в незначителни количества. Най-често се среща като сплав с иридий и платина, но също и като оксид. Осмият има GPU решетка с параметри a = 2,7343 и c = 4,32 ангстрьома. Средната маса на един атом е m = 190,23 a.е.м.

Горните данни са достатъчни за определяне на стойността на ρ. За целта използвайте оригиналната формула за плътност и считайте, че една шестоъгълна призма съдържа шест атома. В резултат на това се стига до работна формула:

ρ = 4*m/(√3*a²*c).

Като заместим написаните по-горе цифри и вземем предвид техните размери, получаваме следния резултат: ρ = 22 579 kg/m³.

Така плътността на редкия метал е 22,58 g/cm³, която е равна на експериментално измерената стойност.