Tot alumne que estigui familiaritzat amb la taula periòdica sap que la quantitat de metalls que conté constitueix la majoria dels elements químics. Una de les característiques físiques importants per a ells és la densitat. Considereu aquest valor a l'article i doneu una taula de la densitat de metalls i aliatges.
Què és la densitat
Si prens els mateixos volums de plàstic i acer, el primer serà molt més fàcil que el segon. Per contra, una peça de plàstic tindrà exactament el mateix pes que una peça d'acer si té un volum molt més gran. La raó d'aquestes diferències és una magnitud física com la densitat. La fórmula per calcular-lo és la següent:
ρ=m/V.
Aquí m és la massa del cos, V és el seu volum. La lletra grega ρ (rho) s'utilitza sovint per indicar la densitat. De la fórmula es desprèn que les unitats de mesura en SI són quilograms per metre cúbic (kg/m3). També es poden utilitzar unitats no sistèmiques, com ara g/cm3 o g/l (per a líquids).
Què són els metalls
Abans de donar una taula de la densitat dels metalls, expliquem de quina substància estem parlant. Els materials metàl·lics es diferencien dels no metalls en una elevada conductivitat tèrmica i elèctrica i ductilitat. Aquestes són les seves principals característiques distintives. També hi ha propietats menors, com ara tenir una brillantor metàl·lica característica, mal·leabilitat i baixa electronegativitat per als seus àtoms.
Tots els metalls en condicions normals existeixen en forma sòlida. L'única excepció és el mercuri, per al qual la temperatura de cristal·lització és de -39oC. El metall sòlid existeix en forma de xarxa cristal·lina. Aquest últim és una col·lecció d'àtoms que s'organitzen en l'espai d'una determinada manera geomètrica. Qualsevol material metàl·lic pur (un component) existeix en un dels tres tipus de xarxes cristal·lines en condicions determinades. Aquestes són les graelles següents:
- Cúbic centrat en la cara (FCC).
- Cúbic centrat en el cos (BCC).
- Hexagonal tancat (hcp).
Si les condicions (temperatura, pressió) canvien, aleshores el metall pot passar d'un estat cristal·lí a un altre. Un exemple clàssic és la transició del ferro bcc a FCC quan la temperatura baixa per sota dels 1392oC, o quan puja per sobre de 911oC.
Taula de densitat de metall
La densitat dels metalls ve determinada per dos factors principals:
- El tipus de xarxa cristal·lina i les distàncies interatòmiques que hi ha.
- La massa d'un àtomelement químic.
A continuació es mostra una taula de densitat de metalls i altres elements.
Aquí hi ha xifres en g/cm3. Perquè la taula de densitats metàl·liques s'expressi en kg/m3, cal multiplicar el valor corresponent per 1000. La taula mostra que els metalls tenen densitats molt diferents. Poden ser més lleugers que l'aigua (sodi, liti, potassi) o molt pesats (iridi, osmi, platí, or).
Densitat d'aliatges
Els aliatges són substàncies multicomponents, per exemple, l'acer és un aliatge de ferro i carboni. L'estructura cristal·lina dels aliatges és més complexa que la dels metalls purs. Per a l'acer, que consta de ferro i àtoms de carboni, hi ha diverses possibilitats per a la seva disposició mútua (solució sòlida de carboni en ferro bcc o fcc, formació d'una fase especial: cementita, formació d'inclusions de grafit i algunes altres).
Pel que fa a la densitat dels aliatges, en molts casos es pot estimar mitjançant la fórmula senzilla següent:
ρ=∑imi/∑iV i.
On i és el número del component de l'aliatge. Si aquesta expressió s'aplica a un aliatge de dos components, es pot obtenir la fórmula següent:
ρ=ρ1ρ2/(ρ1+x(ρ2-ρ1)).
On ρ1 i ρ2 són les densitats dels components corresponents, x és la fracció de massa del primer component del aliatge. Està definitper tant:
x=m1/(m1+ m2).
A continuació es mostra la taula de densitat d'alguns aliatges en tones per metre cúbic.
Com que cada aliatge conté principalment un component (acer - ferro, bronze - coure, nicrom - níquel, etc.), no és d'estranyar que les seves densitats siguin properes a les dels metalls purs.
