Yoğunluk, maddenin herhangi bir toplam durumu için önemli bir fiziksel niceliktir. Bu yazımızda metallerin yoğunluğu nedir sorusunu ele alacağız, kimyasal elementler için bu parametrenin bir tablosunu vereceğiz ve Dünya üzerindeki en yoğun metalden bahsedeceğiz.
Hangi fiziksel özellikten bahsediyoruz?
Yoğunluk, bilinen bir hacimdeki bir maddenin miktarını karakterize eden bir değerdir. Bu tanıma göre matematiksel olarak şu şekilde hesaplanabilir:
ρ=m/V.
Bu değeri Yunanca ρ (ro) harfiyle belirtin.
Yoğunluk evrensel bir özelliktir çünkü farklı malzemeleri karşılaştırmak için kullanılabilir. Bu gerçek onları tanımlamak için kullanılabilir, efsaneye göre Yunan filozof Arşimet'in yaptığı da budur (bunun için ρ değerini ölçerek sahte bir altın taç kurmayı başarmıştır).
Belirli bir malzeme için bu parametre iki ana faktöre bağlıdır:
- maddeyi oluşturan atomların ve moleküllerin kütlesinden;
- ortalama atomlar arası ve moleküller arası mesafelerden.
Örneğin, geçiş metallerinden herhangi biri (altın, demir, vanadyum, tungsten), ikinci atomun kütlesi on kat daha az olduğundan, herhangi bir karbon malzemesinden daha yüksek yoğunluğa sahiptir. Başka bir örnek. Grafit ve elmas iki karbon yapısıdır. İkincisi, kafesindeki atomlar arası mesafeler daha küçük olduğu için daha yoğundur.
Metallerin yoğunluğu
Bu, Mendeleev'in periyodik tablosundaki en büyük gruptur. Metal, yüksek termal ve elektrik iletkenliğine, cilalandığında karakteristik bir yüzey parlaklığına ve plastik deformasyona uğrama yeteneğine sahip herhangi bir maddedir.
Böyle bir kimyasal element, nitrojen, oksijen ve karbon gibi maddelere kıyasla düşük bir elektronegatifliğe sahiptir. Bu gerçek, yığın yapılardaki metal atomlarının birbirleriyle metalik bir bağ oluşturmasına yol açar. Pozitif yüklü iyonik bazlar ile negatif elektron gazı arasındaki elektriksel etkileşimdir.
Uzaydaki metal atomları, kristal kafes adı verilen düzenli bir yapı şeklinde düzenlenir. Yalnızca üç tür vardır:
- kübik;
- BCC (vücut merkezli kübik);
- HCP (altıgen kapalı);
- FCC (yüz merkezli kübik).
Metallerin yoğunluğu, kristal kafesin türüne bağlı olan fiziksel bir niceliktir. Aşağıda, normal koşullar altında bulunan g / cm3 cinsinden tüm kimyasal elementler için bu parametrenin bir tablosu bulunmaktadır.katı hal.
Tablodan, metallerin yoğunluğunun geniş bir aralıkta değişen bir değer olduğu anlaşılmaktadır. Bu nedenle, en zayıfı, aynı hacimde sudan iki kat daha hafif olan lityumdur. Nadir metal osmiyumun yoğunluğu doğada en yüksektir. 22.59g/cm3.
Değeri nasıl buluyorsunuz?
Metallerin yoğunluğu, temelde iki farklı şekilde tanımlanabilen bir özelliktir:
- deneysel;
- teorik.
Deneysel yöntemler aşağıdaki gibidir:
- Vücut ağırlığı ve hacminin doğrudan ölçümleri. Vücudun geometrik parametreleri biliniyorsa ve şekli idealse, örneğin bir prizma, bir piramit veya bir topsa, ikincisini hesaplamak kolaydır.
- Hidrostatik ölçümler. Bu durumda, 16. yüzyılda Galileo tarafından icat edilen özel ölçekler kullanılır. Çalışmalarının prensibi oldukça basittir: önce yoğunluğu bilinmeyen bir cisim havada ve sonra bir sıvıda (su) tartılır. Bundan sonra, basit bir formül kullanılarak gerekli değer hesaplanır.
Metallerin yoğunluğunu belirlemek için teorik yönteme gelince, bu kristal kafesin türü, içindeki atomlar arası mesafe ve atomun kütlesi hakkında bilgi gerektiren oldukça basit bir yöntemdir. Ardından osmiyum örneğini kullanarak bu yöntemin nasıl kullanıldığını göstereceğiz.
Nadir metal osmiyumun yoğunluğu
Ogezegenimizde eser miktarda bulunur. Çoğu zaman iridyum ve platin içeren alaşımlar şeklinde ve ayrıca oksitler şeklinde bulunur. Osmiyum, a=2.7343 ve c=4.32 angstrom parametreleriyle bir hcp kafesine sahiptir. Bir atomun ortalama kütlesi m=190.23 amu
Yukarıdaki sayılar ρ değerini belirlemek için yeterlidir. Bunu yapmak için, yoğunluk için orijinal formülü kullanın ve bir altıgen prizmanın altı atom içerdiğini dikkate alın. Sonuç olarak, şu formüle ulaşırız:
ρ=4m/(√3a2c).
Yukarıda yazılan rakamları yerine koyarak ve boyutlarını dikkate alarak şu sonuca varıyoruz: ρ=22 579 kg/m3.
Böylece, nadir bir metalin yoğunluğu, deneysel olarak ölçülen tablo değerine eşit olan 22.58 g/cm3'dir.
