Gostota kovin v kg/m3: tabela. Eksperimentalno in teoretično določanje gostote

2024 Avtor: Angel Austin | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 17:55

Kovine so kemični elementi, ki sestavljajo večino periodnega sistema D. I. Mendelejeva. V tem članku bomo obravnavali tako pomembno fizično lastnost, kot je gostota, in podali tudi tabelo gostote kovin v kg / m3.

Gostota snovi

Preden se ukvarjamo z gostoto kovin v kg/m3, se seznanimo s samo fizikalno količino. Gostota je razmerje med telesno maso m in prostornino V v prostoru, ki ga lahko matematično zapišemo na naslednji način:

ρ=m / V

Preučevana vrednost je običajno označena s črko grške abecede ρ (ro).

Če imajo različni deli telesa različne mase, lahko s pomočjo zapisane formule določite povprečno gostoto. V tem primeru se lahko lokalna gostota znatno razlikuje od povprečja.

Kot lahko vidite iz formule, je vrednost ρ izražena v kg/m3v sistemu SI. Označuje količino snovi, ki je vstavljena v enoto njene prostornine. Ta lastnost je v mnogih primerih značilnost snovi. Torej, za različne kovine je gostota v kg / m3je drugačen, kar omogoča njihovo identifikacijo.

Kovine in njihova gostota

Kovinski materiali so trdne snovi pri sobni temperaturi in atmosferskem tlaku (edina izjema je živo srebro). Imajo visoko plastičnost, električno in toplotno prevodnost ter značilen lesk v poliranem stanju površine. Številne lastnosti kovin so povezane s prisotnostjo urejene kristalne mreže, v kateri sedijo pozitivna ionska jedra na vozliščih, ki so med seboj povezana s pomočjo plina negativnega elektrona.

Gostota kovin se zelo razlikuje. Najmanj gosto so torej alkalijske lahke kovine, kot so litij, kalij ali natrij. Na primer, gostota litija je 534 kg/m3, kar je skoraj polovica vode. To pomeni, da litijeve, kalijeve in natrijeve plošče ne bodo potonile v vodi. Po drugi strani imajo prehodne kovine, kot so renij, osmij, iridij, platina in zlato, ogromno gostoto, ki je 20-krat ali večkrat večja od ρ vode.

Spodnja tabela prikazuje gostoto kovin. Vse vrednosti se nanašajo na sobno temperaturo v g/cm³. Če te vrednosti pomnožimo s 1000, dobimo ρ v kg/m^3.

Zakaj obstajajo kovine z visoko gostoto in kovine z nizko gostoto? Dejstvo je, da vrednost ρ za vsak posamezen primer določata dve glavnidejavniki:

1. Značilnost kristalne rešetke kovine. Če ta mreža vsebuje atome v najgostejšem pakiranju, bo njena makroskopska gostota višja. FCC in hcp rešetke imajo najgostejše pakiranje.
2. Fizikalne lastnosti kovinskega atoma. Večja kot je njegova masa in manjši kot je polmer, višja je vrednost ρ. Ta dejavnik pojasnjuje, zakaj so kovine z visoko gostoto kemični elementi z velikim številom v periodnem sistemu.

Poskusno določanje gostote

Predpostavimo, da imamo kos neznane kovine. Kako lahko določite njegovo gostoto? Če se spomnimo formule za ρ, pridemo do odgovora na zastavljeno vprašanje. Za določitev gostote kovine je dovolj, da jo stehtamo na kateri koli tehtnici in izmerimo prostornino. Nato prvo vrednost delite z drugo, pri čemer ne pozabite uporabiti pravilnih enot.

Če je geometrijska oblika telesa zapletena, potem ne bo lahko izmeriti njegove prostornine. V takih primerih lahko uporabite Arhimedov zakon, saj bo prostornina izpodrinjene tekočine, ko je telo potopljeno, natančno enaka izmerjeni prostornini.

Metoda hidrostatskih uteži, ki jo je ob koncu 16. stoletja izumil Galileo, temelji tudi na uporabi Arhimedovega zakona. Bistvo metode je merjenje telesne teže v zraku in nato v tekočini. Če je prva vrednost označena s P₀, druga pa s P_{1, se gostota kovine v kg/m3 izračuna z naslednjim formula:}

ρ=P₀ ρ_l / (P₀ - P 1₎

Kjer je ρ_{l gostota tekočine.}

Teoretična definicija gostote

V zgornji tabeli gostot kemičnih elementov so kovine, za katere je podana teoretična gostota, označene z rdečo. Ti elementi so radioaktivni in so bili pridobljeni umetno v majhnih količinah. Ti dejavniki otežujejo natančno merjenje njihove gostote. Vendar pa je vrednost ρ mogoče uspešno izračunati.

Metoda teoretičnega določanja gostote je precej preprosta. Če želite to narediti, morate poznati maso enega atoma, število atomov v osnovni kristalni mreži in vrsto te mreže.

Na primer, vzemimo izračun za železo. Njegov atom ima maso 55,847 amu. Železo v sobnih pogojih ima bcc mrežo s parametrom 2,866 angstromov. Ker sta na osnovno bcc kocko dva atoma, dobimo:

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

Če primerjamo to vrednost s tabelo, lahko vidimo, da se razlikujeta le na tretjem decimalnem mestu.