Metallerin kg/m3 cinsinden yoğunluğu: tablo. Yoğunluğun deneysel ve teorik belirlenmesi

2024 Yazar: Angel Austin | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-02 17:57

Metaller, D. I. Mendeleev'in periyodik tablosunun çoğunu oluşturan kimyasal elementlerdir. Bu yazıda yoğunluk gibi önemli bir fiziksel özelliği ele alacağız ve ayrıca metallerin kg / m3 cinsinden yoğunluğunun bir tablosunu vereceğiz.

Maddenin yoğunluğu

Metallerin kg/m3 cinsinden yoğunluğunu ele almadan önce, fiziksel niceliğin kendisini tanıyalım. Yoğunluk, uzayda vücut kütlesi m'nin hacmine V oranıdır ve matematiksel olarak şu şekilde yazılabilir:

ρ=m / V

Çalışılan değer genellikle Yunan alfabesinin ρ (ro) harfiyle gösterilir.

Vücudun farklı bölümleri farklı kütlelere sahipse, yazılı formülü kullanarak ortalama yoğunluğu belirleyebilirsiniz. Bu durumda, yerel yoğunluk ortalamadan önemli ölçüde farklı olabilir.

Formülden de görebileceğiniz gibi, SI sisteminde ρ değeri kg/m3 ile ifade edilir. Hacim birimine yerleştirilen bir maddenin miktarını karakterize eder. Çoğu durumda bu özellik, maddelerin ayırt edici özelliğidir. Böylece, farklı metaller için kg / m3 cinsinden yoğunlukfarklıdır, tanımlanmalarına izin verir.

Metaller ve yoğunlukları

Metalik malzemeler oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında katı maddelerdir (cıva tek istisnadır). Yüksek plastisiteye, elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptirler ve cilalı yüzey durumunda karakteristik bir parlaklığa sahiptirler. Metallerin birçok özelliği, pozitif iyonik çekirdeklerin düğümlerde oturduğu ve bir negatif elektron gazı aracılığıyla birbirine bağlı olduğu düzenli bir kristal kafesin varlığı ile ilişkilidir.

Metallerin yoğunluğuna gelince, büyük ölçüde değişir. Bu nedenle, en az yoğun olanlar, lityum, potasyum veya sodyum gibi alkali hafif metallerdir. Örneğin, lityumun yoğunluğu 534 kg/m3 olup, bu da suyun neredeyse yarısı kadardır. Bu, lityum, potasyum ve sodyum plakaların suda batmayacağı anlamına gelir. Öte yandan, renyum, osmiyum, iridyum, platin ve altın gibi geçiş metalleri, suyun ρ'sının 20 veya daha fazla katı olan devasa bir yoğunluğa sahiptir.

Aşağıdaki tablo metallerin yoğunluğunu göstermektedir. Tüm değerler g/cm³ cinsinden oda sıcaklığına karşılık gelir. Bu değerler 1.000 ile çarpılırsa kg/m^{3 olarak ρ elde ederiz.}

Neden yüksek yoğunluklu metaller ve düşük yoğunluklu metaller var? Gerçek şu ki, her bir özel durum için ρ değeri iki ana faktör tarafından belirlenir.faktörler:

1. Metalin kristal kafesinin özelliği. Bu kafes en yoğun pakette atomlar içeriyorsa, makroskopik yoğunluğu daha yüksek olacaktır. FCC ve hcp kafesleri en yoğun paketlemeye sahiptir.
2. Metal atomunun fiziksel özellikleri. Kütlesi ne kadar büyük ve yarıçapı ne kadar küçükse, ρ değeri o kadar yüksek olur. Bu faktör, yüksek yoğunluklu metallerin neden periyodik tabloda çok sayıda kimyasal element olduğunu açıklar.

Yoğunluğun deneysel olarak belirlenmesi

Diyelim ki elimizde bilinmeyen bir metal parçası var. Yoğunluğunu nasıl belirleyebilirsiniz? ρ formülünü hatırlayarak sorulan sorunun cevabına ulaşıyoruz. Metalin yoğunluğunu belirlemek için herhangi bir terazide tartmak ve hacmi ölçmek yeterlidir. Ardından, doğru birimleri kullanmayı hatırlayarak ilk değer ikinciye bölünmelidir.

Vücudun geometrik şekli karmaşıksa, hacmini ölçmek kolay olmayacaktır. Bu gibi durumlarda, vücut daldırıldığında yer değiştiren sıvının hacmi tam olarak ölçülen hacme eşit olacağından Arşimet yasasını kullanabilirsiniz.

Galileo tarafından 16. yüzyılın sonunda icat edilen hidrostatik ağırlıklar yöntemi de Arşimet yasasının kullanımına dayanmaktadır. Yöntemin özü, vücut ağırlığını önce havada, sonra sıvıda ölçmektir. İlk değer P₀ ve ikincisi P_{1 ile gösterilirse, kg/m3 cinsinden metal yoğunluğu aşağıdaki kullanılarak hesaplanır formül:}

ρ=P₀ ρ_l / (P₀ - P 1₎

Nerede ρ_{l sıvının yoğunluğudur.}

Yoğunluğun teorik tanımı

Kimyasal elementlerin yoğunluklarının yukarıdaki tablosunda teorik yoğunluğu verilen metaller kırmızı ile işaretlenmiştir. Bu elementler radyoaktiftir ve küçük miktarlarda yapay olarak elde edilmiştir. Bu faktörler yoğunluklarını doğru bir şekilde ölçmeyi zorlaştırır. Ancak, ρ değeri başarıyla hesaplanabilir.

Yoğunluğun teorik olarak belirlenmesi yöntemi oldukça basittir. Bunu yapmak için bir atomun kütlesini, elementer kristal kafesteki atom sayısını ve bu kafesin türünü bilmeniz gerekir.

Örneğin, demir için bir hesaplama yapalım. Atomunun kütlesi 55.847 amu'dur. Oda koşullarında ütü, 2.866 angstrom parametreli bir bcc kafesine sahiptir. Temel bcc küpü başına iki atom olduğundan, şunu elde ederiz:

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

Bu değeri tablo 1 ile karşılaştırırsak, yalnızca üçüncü ondalık basamakta farklılık gösterdiklerini görebiliriz.