Метали - це хімічні елементи, які складають більшу частину періодичної таблиці Менделєєва Д. І У цій статті розглянемо таке важливе їх фізична властивість, як щільність, а також наведемо таблицю щільності металів в кг/м3 .

Щільність речовини

Перш ніж розібратися з щільністю металів у Металеві матеріали являють собою тверді речовини при кімнатній температурі і атмосферному тиску (винятком є лише ртуть). Вони володіють високою пластичністю, електро - і теплопровідністю і мають характерний блиск в відполірованому стані поверхні. Багато властивості металів пов'язані з наявністю у них впорядкованої кристалічної решітки, у вузлах якої сидять позитивні іонні остови, пов'язані один з одним за допомогою негативного електронного газу.

Що стосується щільності металів, то вона змінюється в широких межах. Так, найменш щільними є лужні легкі метали, такі як літій, калій або натрій. Наприклад, щільність літію становить 534 кг/м 3 , що практично в два рази менше аналогічної величини для води. Це означає, що пластинки з літію, калію і натрію не будуть тонути у воді. З іншого боку, такі перехідні метали, як реній, осмій, іридій, платина і золото, володіють величезною густиною, яка в 20 і більше разів перевищує ? води. Нижче наведена таблиця щільності металів. Всі значення відповідають кімнатній температурі в г/см 3 . Якщо ці значення помножити на 1000 то ми отримаємо ? (кг/м 3 . Чому існують метали з високою щільністю і з низьким її значенням? Справа в тому, що значення ? для кожного конкретного випадку визначається двома основними факторами:

Особливістю кристалічної решітки металу. Якщо ця решітка буде містити атоми в максимально щільною упаковці, тоді макроскопічна його щільність буде вище. Найбільш щільною упаковкою мають ГЦК і ГПУ решітки.

Фізичними властивостями атома металу. Чим більше маса і чим менший радіус, тим вище значення ?. Цей фактор пояснює, чому металами з високою щільністю є хімічні елементи з великим номером в періодичній таблиці.

Експериментальне визначення щільності

Припустимо, у нас є шматок невідомого металу. Як можна визначити його щільність? Згадуючи формулу для ?, приходимо до відповіді на поставлене питання. Для визначення щільності металу досить зважити його на будь-яких вагах і виміряти обсяг. Потім слід першу величину розділити на другу, не забуваючи про використання правильних одиниць вимірювання.

Якщо геометрична форма тіла є складною, то обсяг його виміряти буде нелегко. У таких випадках можна скористатися законом Архімеда, оскільки об'єм витісненої рідини при зануренні тіла буде точно дорівнює вимірюваного об'єму. На використанні закону Архімеда також заснований метод гідростатичних ваг, винайдених в кінці XVI століття Галілеєм. Суть методу полягає у вимірюванні ваги тіла в повітрі, а потім в рідині. Якщо першу величину позначити P 0 , а другу - P 1 , тоді щільність металу, кг/м3 обчислюється за такою формулою: ? = P 0 * ? l /(P 0 - P 1 ) Де ? l - щільність рідини.

Теоретичне визначення щільності

У наведеній вище таблиці густин хімічних елементів червоним позначені метали, для яких наведена теоретична щільність. Ці елементи є радіоактивними, і отримані вони були штучно в невеликих кількостях. Зазначені фактори ускладнюють їх точне вимірювання щільності. Проте величину ? можна успішно розрахувати. Метод теоретичного визначення щільності досить простий. Для цього потрібно знати масу одного атома, кількість атомів в елементарній кристалічній решітці і тип цієї решітки. Для прикладу наведемо розрахунок для заліза. Його атом має масу 55847 а.е.м. Залізо при кімнатних умовах має ОЦК грати з параметром 2866 ангстрема. Оскільки на один елементарний кубик ОЦК припадає два атома, то отримуємо: ? = 2 * 55847 * 166 * 10 -27 /(2866 3 * 10 -30 ) = 7876 кг/м 3 Якщо порівняти це значення з табличним, то видно, що вони розрізняються лише в третьому знаку після коми.