Щільність є важливою фізичною величиною для будь-якого агрегатного стану матерії. У цій статті розглянемо питання, що це - щільність металів, наведемо таблицю цього параметра для хімічних елементів і розповімо про найщільнішому металі на Землі.

Про яку фізичну характеристику піде мова?

Щільність являє собою величину, яка характеризує кількість речовини, що знаходиться у відомому обсязі. Згідно з цим визначенням, її можна математично обчислити так: ? = m/V. Позначають цю величину грецькою буквою ? (рв). Щільність є універсальною характеристикою, оскільки з нею можна порівнювати різні матеріали. Цей факт можна використовувати для їх ідентифікації, що і зробив грецький філософ Архімед, згідно з легендою (він зміг встановити підробку золотої корони, вимірявши величину ? для неї). Цей параметр для конкретного матеріалу залежить від двох основних факторів:

від маси складових речовина атомів і молекул;

від середніх міжатомних і міжмолекулярних відстаней.

Наприклад, будь-який з перехідних металів (золото, залізо, ванадій, вольфрам) має велику щільність, ніж будь-вуглецевий матеріал, оскільки маса атома останнього в десятки разів менше. Інший приклад. Графіт і алмаз - це дві вуглецеві структури. Другий є більш щільним, оскільки міжатомні відстані в його решітці менше.

Щільність металів

Це найчисленніша група періодичної таблиці Менделєєва. Металом є будь-яка речовина, що володіє високою тепло - і електропровідністю, характерним блиском поверхні при її поліровці, здатність до пластичної деформації.

Такий хімічний елемент має низьку электроотрицательностью в порівнянні з такими речовинами, як азот, кисень і вуглець. Цей факт призводить до того, що в об'ємних структурах атоми металу утворюють один з одним металевий зв'язок. Вона являє собою електричне взаємодія між позитивно зарядженими іонними підставами і негативним електронним газом. Атоми металів у просторі розташовуються у вигляді впорядкованої структури, яка називається кристалічною решіткою. Існує всього три їх типи:

кубічна;

ОЦК (об'ємно-центрована кубічна);

ГПУ (гексагональна плотноупакованная);

ГЦК (гранецентрированная кубічна).

Щільність металів - це фізична величина, яка залежить від типу кристалічної решітки. Нижче наводиться таблиця цього параметра для всіх хімічних елементів в г/см 3 , які при нормальних умовах перебувають у твердому стані. З таблиці випливає, що щільність металів - це змінюється в широких межах величина. Так, найбільш слабким є літій, який при однакових обсягах в два рази легше води. Щільність рідкого металу осмію є найбільшою у природі. Вона становить 2259 г/см 3 .

Як знаходять величину?

Щільність металів - це характеристика, яку можна визначити двома принципово різними способами:

експериментальним;

теоретичним.

Експериментальні методи бувають наступного виду:

Безпосередні вимірювання ваги тіла і його обсягу. Останній легко обчислити, якщо відомі геометричні параметри тіла, а його форма є ідеальною, наприклад, призмою, пірамідою або кулею.

Гідростатичні вимірювання. У цьому випадку використовуються спеціальні ваги, винайдені ще Галілеєм в XVI столітті. Принцип їх дії досить простий: спочатку зважують тіло невідомої щільності в повітрі, а потім - у рідині (воді). Після цього за простою формулою обчислюють шукану величину.

Що стосується теоретичного способу визначення щільності металів - це досить простий метод, який вимагає знання типу кристалічної решітки, міжатомної відстані в ній і маси атома. Далі покажемо на прикладі осмію, як цей метод застосовують.

Щільність рідкого металу осмію

Він міститься в незначних кількостях на нашій планеті. Найчастіше його зустрічають у вигляді сплавів з іридієм і платиною, а також у формі оксидів. Осмій має ГПУ ґратами з параметрами a = 27343 і c = 432 ангстрема. Маса одного атома становить в середньому m = 19023 а.е.м. Наведених вище цифр достатньо, щоб визначити величину ?. Для цього слід скористатися вихідною формулою для щільності і врахувати, що одна гексагональна призма містить шість атомів. В результаті ми приходимо до робочої формулою: ? = 4*m/(?3*a 2 *c). Підставляючи записані вище цифри і враховуючи їх розмірності, приходимо до результату: ? = 22579 кг/м 3 . Таким чином, щільність рідкого металу дорівнює 2258 г/см 3 , що дорівнює вимірюваною експериментально табличному значенню.