Els metalls són elements químics que formen la major part de la taula periòdica de D. I. Mendeleiev. En aquest article, considerarem una propietat física tan important com la densitat, i també donarem una taula de la densitat dels metalls en kg / m3.
Densitat de la matèria
Abans de tractar-nos de la densitat dels metalls en kg/m3, familiaritzem-nos amb la mateixa magnitud física. La densitat és la relació entre la massa corporal m i el seu volum V a l'espai, que es pot escriure matemàticament de la següent manera:
ρ=m / V
El valor que s'estudia normalment es denota amb la lletra de l'alfabet grec ρ (ro).
Si les diferents parts del cos tenen masses diferents, mitjançant la fórmula escrita, podeu determinar la densitat mitjana. En aquest cas, la densitat local pot diferir significativament de la mitjana.
Com podeu veure a la fórmula, el valor de ρ s'expressa en kg/m3 al sistema SI. Caracteritza la quantitat d'una substància que es col·loca en una unitat del seu volum. Aquesta característica en molts casos és el segell distintiu de les substàncies. Així, per a diferents metalls, la densitat en kg / m3és diferent, cosa que permet identificar-los.
Metals i la seva densitat
Els materials metàl·lics són sòlids a temperatura ambient i pressió atmosfèrica (el mercuri és l'única excepció). Tenen una gran plasticitat, conductivitat elèctrica i tèrmica i tenen una brillantor característica en l'estat polit de la superfície. Moltes propietats dels metalls estan associades amb la presència d'una xarxa cristal·lina ordenada en què els nuclis iònics positius s'asseuen als nodes, connectats entre si mitjançant un gas d'electrons negatius.
Pel que fa a la densitat dels metalls, varia molt. Així, els menys densos són els metalls lleugers alcalins, com el liti, el potassi o el sodi. Per exemple, la densitat del liti és de 534 kg/m3, que és gairebé la meitat de la de l'aigua. Això vol dir que les plaques de liti, potassi i sodi no s'enfonsen a l'aigua. D' altra banda, els metalls de transició com el reni, l'osmi, l'iridi, el platí i l'or tenen una densitat enorme, que és 20 vegades o més la ρ de l'aigua.
La taula següent mostra la densitat dels metalls. Tots els valors fan referència a la temperatura ambient en g/cm3. Si aquests valors es multipliquen per 1.000, obtenim ρ en kg/m3.
Per què hi ha metalls d' alta densitat i metalls de baixa densitat? El fet és que el valor de ρ per a cada cas concret està determinat per dos principalsfactors:
- Característica de la xarxa cristal·lina del metall. Si aquesta xarxa conté àtoms en l'empaquetament més dens, llavors la seva densitat macroscòpica serà més gran. Les gelosies FCC i hcp tenen l'empaquetament més dens.
- Propietats físiques de l'àtom metàl·lic. Com més gran sigui la seva massa i més petit sigui el radi, més gran serà el valor de ρ. Aquest factor explica per què els metalls d' alta densitat són elements químics amb un nombre elevat a la taula periòdica.
Determinació experimental de la densitat
Suposem que tenim una peça de metall desconeguda. Com es pot determinar la seva densitat? Recordant la fórmula de ρ, arribem a la resposta a la pregunta formulada. Per determinar la densitat del metall, n'hi ha prou amb pesar-lo en qualsevol balança i mesurar-ne el volum. Aleshores, el primer valor s'ha de dividir pel segon, recordant utilitzar les unitats correctes.
Si la forma geomètrica del cos és complexa, no serà fàcil mesurar-ne el volum. En aquests casos, podeu utilitzar la llei d'Arquimedes, ja que el volum del líquid desplaçat quan el cos estigui submergit serà exactament igual al volum mesurat.
El mètode dels pesos hidrostàtics, inventat a finals del segle XVI per Galileu, també es basa en l'ús de la llei d'Arquimedes. L'essència del mètode és mesurar el pes corporal en aire i després en líquid. Si el primer valor es denota amb P0 i el segon amb P1, la densitat del metall en kg/m3 es calcula amb el següent fórmula:
ρ=P0 ρl / (P0 - P 1)
On ρl és la densitat del líquid.
Definició teòrica de la densitat
A la taula anterior de densitats dels elements químics, els metalls per als quals es dóna la densitat teòrica estan marcats en vermell. Aquests elements són radioactius i es van obtenir artificialment en petites quantitats. Aquests factors fan difícil mesurar amb precisió la seva densitat. Tanmateix, el valor de ρ es pot calcular correctament.
El mètode de determinació teòrica de la densitat és força senzill. Per fer-ho, cal conèixer la massa d'un àtom, el nombre d'àtoms de la xarxa cristal·lina elemental i el tipus d'aquesta xarxa.
Per exemple, fem un càlcul per al ferro. El seu àtom té una massa de 55,847 amu. El ferro en condicions d'habitació té una gelosia bcc amb un paràmetre de 2.866 angstroms. Com que hi ha dos àtoms per cub bcc elemental, obtenim:
ρ=255, 8471, 6610-27 / (2, 8663 10 -30)=7,876 kg/m3
Si comparem aquest valor amb el de la taula, podem veure que només difereixen en el tercer decimal.
