Плътност на металите в kg/m3: таблица. Експериментално и теоретично определяне на плътността

Металите са химичните елементи, които съставляват по-голямата част от периодичната таблица D. И. Менделеев. В тази статия разглеждаме важното им физично свойство - плътност, и даваме таблица за плътността на металите в kg/m3 .

Плътност на веществото

Преди да се занимаем с плътността на металите в kg/m3 , нека първо се запознаем със самата физична величина. Плътността е отношението на масата на едно тяло m към неговия обем V в пространството, което може да се запише математически по следния начин

ρ = m / V

Стойността, която трябва да се изследва, обикновено се обозначава с буквата от гръцката азбука ρ (ro).

Ако различните части на едно тяло имат различна маса, за определяне на средната плътност може да се използва следната формула. Местната плътност може да се различава значително от средната плътност.

Както се вижда от формулата, ρ се изразява в kg/m³ в системата SI. Той описва количеството на дадено вещество, което се съдържа в единица обем от него. Тази характеристика в много случаи е отличителен белег на веществата. Така различните метали имат различна плътност в kg/m3, което позволява идентифицирането им.

Металите и тяхната плътност

Металите са твърди вещества при стайна температура и атмосферно налягане (единственото изключение е живакът). Те са силно еластични, електро- и топлопроводими и имат характерен блясък при полиране на повърхността. Много от свойствата на металите се дължат на подредената им кристална решетка с положителни йонни ядра, свързани помежду си с отрицателен електронен газ.

Плътността на даден метал варира в широк диапазон. Така най-малко плътни са алкалните леки метали, като литий, калий или натрий. Например плътността на лития е 534 kg/m³, която е почти наполовина по-малка от плътността на водата. Това означава, че литиевите, калиевите и натриевите плочи няма да потънат във вода. От друга страна, преходните метали като рений, осмий, иридий, платина и злато имат огромна плътност, която е 20 пъти и повече от ρ на водата.

Следва таблица за плътността на металите. Всички стойности съответстват на стайна температура в kg/cm³. Ако тези стойности се умножат по 1 000, се получава ρ в kg/m³.

Защо има метали с висока плътност и метали с ниска плътност?? Същественото е, че стойността на ρ за всеки отделен случай се определя от два основни фактора:

1. Характеристика на кристалната решетка на метал. Ако тази решетка съдържа атоми в най-плътната възможна опаковка, тогава макроскопичната ѝ плътност ще бъде по-висока. Най-плътните опаковки имат HCC и HPLC решетки.
2. Физични свойства на метален атом. Колкото по-голяма е масата му и по-малък е радиусът му, толкова по-висока е стойността на ρ. Този фактор обяснява защо металите с висока плътност са химичните елементи с най-голям брой в периодичната таблица.

Експериментално определяне на плътността

Да предположим, че имаме парче неизвестен метал. Как може да определи своята плътност? Като припомним формулата за ρ, получаваме отговора на поставения въпрос. За да определите плътността на даден метал, е достатъчно да го претеглите на везни и да измерите обема му. След това разделете първата стойност на втората, като не забравяте да използвате правилните единици.

Ако геометричната форма на тялото е сложна, обемът на тялото не е лесно да се измери. В такива случаи можем да използваме закона на Архимед, тъй като обемът на течността, изтласкана при потапянето на тялото, е точно равен на измерения обем.

Методът на хидростатичните тежести, изобретен в края на XVI в. от Галилей, също се основава на закона на Архимед. същността на метода се състои в измерване на теглото на тяло във въздух, а след това в течност. Ако първата стойност е дадена с P₀, а вторият е P₁, след това плътността на метала в kg/m3 се изчислява по формулата

ρ = P₀ * ρ_l / (P₀ - P₁)

Където ρ_l - плътност на течност.

Теоретично определяне на плътността

В горната таблица за плътността на химичните елементи металите, за които е дадена теоретичната плътност, са отбелязани в червено. Тези елементи са радиоактивни и са произведени изкуствено в малки количества. Тези фактори затрудняват точното измерване на плътността на. Стойността на ρ обаче може да се изчисли успешно.

Методът за теоретично определяне на плътността е съвсем прост. За това необходимо е да знаете масата на един атом, броя на атомите в елементарната кристална решетка и вида на решетката.

Например изчисляване на желязо. Атомът му има маса 55,847 a.е.м. Желязото при стайни условия има BCC решетка с параметър 2,866 ангстрьома. Тъй като има два атома на елементарна решетка на BCC, получаваме

ρ = 2 * 55,847 * 1,66 * 10^-27 / (2,866³ * 10^-30) = 7,876 kg/m³

Ако сравним тази стойност със стойността от таблицата, ще видим, че те се различават само в третия знак след десетичната запетая.