La densitat és una quantitat física important per a qualsevol estat agregat de la matèria. En aquest article, considerarem la qüestió de quina és la densitat dels metalls, donarem una taula d'aquest paràmetre per als elements químics i parlarem del metall més dens de la Terra.
De quina característica física estem parlant?
La densitat és un valor que caracteritza la quantitat d'una substància en un volum conegut. Segons aquesta definició, es pot calcular matemàticament de la següent manera:
ρ=m/V.
Designeu aquest valor amb la lletra grega ρ (ro).
La densitat és una característica universal perquè es pot utilitzar per comparar diferents materials. Aquest fet pot servir per identificar-los, que és el que va fer el filòsof grec Arquimedes, segons la llegenda (va poder establir una falsa corona d'or mesurant-ne el valor de ρ).
Aquest paràmetre per a un material concret depèn de dos factors principals:
- de la massa dels àtoms i molècules que formen la substància;
- de distàncies interatòmiques i intermoleculars mitjanes.
Per exemple, qualsevol dels metalls de transició (or, ferro, vanadi, tungstè) té una densitat més alta que qualsevol material de carboni, ja que la massa d'aquest darrer àtom és deu vegades menor. Un altre exemple. El grafit i el diamant són dues estructures de carboni. El segon és més dens, ja que les distàncies interatòmiques a la seva xarxa són més petites.
Densitat dels metalls
Aquest és el grup més gran de la taula periòdica de Mendeleiev. Un metall és qualsevol substància que té una alta conductivitat tèrmica i elèctrica, una brillantor superficial característica quan es polit i la capacitat de patir una deformació plàstica.
Aquest element químic té una baixa electronegativitat en comparació amb substàncies com el nitrogen, l'oxigen i el carboni. Aquest fet porta al fet que els àtoms metàl·lics en estructures massives formen un enllaç metàl·lic entre si. És una interacció elèctrica entre bases iòniques carregades positivament i un gas d'electrons negatius.
Els àtoms metàl·lics a l'espai estan disposats en forma d'una estructura ordenada, que s'anomena xarxa cristal·lina. Només hi ha tres tipus:
- cúbic;
- BCC (cúbic centrat en el cos);
- HCP (hexagonal tancat);
- FCC (cúbic centrat en la cara).
La densitat dels metalls és una magnitud física que depèn del tipus de xarxa cristal·lina. A continuació es mostra una taula d'aquest paràmetre per a tots els elements químics en g/cm3, que en condicions normals es troben enestat sòlid.
De la taula es desprèn que la densitat dels metalls és un valor que varia en un ampli rang. Així doncs, el més feble és el liti, que, amb els mateixos volums, és dues vegades més lleuger que l'aigua. La densitat del metall rar osmi és la més alta de la natura. És de 22,59 g/cm3.
Com trobeu el valor?
La densitat dels metalls és una característica que es pot definir de dues maneres fonamentalment diferents:
- experimental;
- teòric.
Els mètodes experimentals són els següents:
- Mesures directes de pes i volum corporal. Aquest últim és fàcil de calcular si es coneixen els paràmetres geomètrics del cos, i la seva forma és ideal, per exemple, un prisma, una piràmide o una bola.
- Mesures hidrostàtiques. En aquest cas s'utilitzen bàscules especials, inventades per Galileu al segle XVI. El principi del seu funcionament és bastant simple: primer, un cos de densitat desconeguda es pesa a l'aire i després en un líquid (aigua). Després d'això, el valor requerit es calcula mitjançant una fórmula senzilla.
Pel que fa al mètode teòric per determinar la densitat dels metalls, aquest és un mètode bastant senzill que requereix conèixer el tipus de xarxa cristal·lina, la distància interatòmica en ell i la massa de l'àtom. A continuació, fent servir l'exemple de l'osmi, mostrarem com s'utilitza aquest mètode.
Densitat de l'osmi metàl·lic rar
Elles troben en petites quantitats al nostre planeta. Molt sovint es troba en forma d'aliatges amb iridi i platí, així com en forma d'òxids. L'osmi té una xarxa hcp amb paràmetres a=2,7343 i c=4,32 angstroms. La massa mitjana d'un àtom és m=190,23 amu
Els números anteriors són suficients per determinar el valor de ρ. Per fer-ho, utilitzeu la fórmula original de la densitat i tingueu en compte que un prisma hexagonal conté sis àtoms. Com a resultat, arribem a la fórmula de treball:
ρ=4m/(√3a2c).
Substituint les xifres escrites més amunt i tenint en compte les seves dimensions, arribem al resultat: ρ=22 579 kg/m3.
Així, la densitat d'un metall rar és de 22,58 g/cm3, que és igual al valor de la taula mesurat experimentalment.
