Hustota je dôležitá fyzikálna veličina pre akýkoľvek súhrnný stav hmoty. V tomto článku sa budeme zaoberať otázkou, aká je hustota kovov, uvedieme tabuľku tohto parametra pre chemické prvky a povieme si o najhustejšom kove na Zemi.
O akej fyzickej vlastnosti hovoríme?
Hustota je hodnota, ktorá charakterizuje množstvo látky v známom objeme. Podľa tejto definície sa dá matematicky vypočítať takto:
ρ=m/V.
Túto hodnotu označte gréckym písmenom ρ (ro).
Hustota je univerzálna vlastnosť, pretože ju možno použiť na porovnanie rôznych materiálov. Táto skutočnosť môže byť použitá na ich identifikáciu, čo podľa legendy urobil grécky filozof Archimedes (dokázal vytvoriť falošnú zlatú korunu tak, že pre ňu zmeral hodnotu ρ).
Tento parameter pre konkrétny materiál závisí od dvoch hlavných faktorov:
- z hmotnosti atómov a molekúl, ktoré tvoria látku;
- z priemerných medziatómových a medzimolekulárnych vzdialeností.
Napríklad ktorýkoľvek z prechodných kovov (zlato, železo, vanád, volfrám) má vyššiu hustotu ako akýkoľvek uhlíkový materiál, pretože hmotnosť druhého atómu je desaťkrát menšia. Ďalší príklad. Grafit a diamant sú dve uhlíkové štruktúry. Druhá je hustejšia, pretože medziatómové vzdialenosti v jej mriežke sú menšie.
Hustota kovov
Toto je najväčšia skupina v Mendelejevovej periodickej tabuľke. Kov je akákoľvek látka, ktorá má vysokú tepelnú a elektrickú vodivosť, charakteristický povrchový lesk, keď je leštená, a schopnosť podliehať plastickej deformácii.
Takýto chemický prvok má nízku elektronegativitu v porovnaní s látkami ako dusík, kyslík a uhlík. Táto skutočnosť vedie k tomu, že atómy kovov v objemových štruktúrach vytvárajú medzi sebou kovovú väzbu. Ide o elektrickú interakciu medzi kladne nabitými iónovými bázami a negatívnym elektrónovým plynom.
Atómy kovu v priestore sú usporiadané vo forme usporiadanej štruktúry, ktorá sa nazýva kryštálová mriežka. Existujú iba tri typy:
- cubic;
- BCC (kubický v strede tela);
- HCP (šesťhranné tesne zbalené);
- FCC (kubický so stredom tváre).
Hustota kovov je fyzikálna veličina, ktorá závisí od typu kryštálovej mriežky. Nižšie je uvedená tabuľka tohto parametra pre všetky chemické prvky v g / cm3, ktoré sú za normálnych podmienok vpevný stav.
Z tabuľky vyplýva, že hustota kovov je hodnota, ktorá sa mení v širokom rozsahu. Najslabšie je teda lítium, ktoré je pri rovnakých objemoch dvakrát ľahšie ako voda. Hustota vzácneho kovu osmia je v prírode najvyššia. Je to 22,59 g/cm3.
Ako zistíte hodnotu?
Hustota kovov je charakteristika, ktorú možno definovať dvoma zásadne odlišnými spôsobmi:
- experimental;
- teoretické.
Experimentálne metódy sú nasledovné:
- Priame merania telesnej hmotnosti a objemu. Ten sa dá ľahko vypočítať, ak sú známe geometrické parametre telesa a jeho tvar je ideálny, napríklad hranol, pyramída alebo guľa.
- Hydrostatické merania. V tomto prípade sa používajú špeciálne váhy, ktoré vynašiel Galileo v 16. storočí. Princíp ich fungovania je pomerne jednoduchý: najprv sa teleso neznámej hustoty odváži vo vzduchu a potom v kvapaline (vode). Potom sa požadovaná hodnota vypočíta pomocou jednoduchého vzorca.
Čo sa týka teoretickej metódy určovania hustoty kovov, ide o pomerne jednoduchú metódu, ktorá si vyžaduje znalosť typu kryštálovej mriežky, medziatómovej vzdialenosti v nej a hmotnosti atómu. Ďalej si na príklade osmia ukážeme, ako sa táto metóda používa.
Hustota vzácneho kovu osmium
Onvyskytujúce sa v stopových množstvách na našej planéte. Najčastejšie sa vyskytuje vo forme zliatin s irídiom a platinou, ako aj vo forme oxidov. Osmium má hcp mriežku s parametrami a=2,7343 a c=4,32 angstromov. Priemerná hmotnosť jedného atómu je m=190,23 amu
Vyššie uvedené čísla stačia na určenie hodnoty ρ. Na to použite pôvodný vzorec pre hustotu a vezmite do úvahy, že jeden šesťhranný hranol obsahuje šesť atómov. Výsledkom je, že dospejeme k pracovnému vzorcu:
ρ=4m/(√3a2c).
Nahradením vyššie napísaných čísel a zohľadnením ich rozmerov dospejeme k výsledku: ρ=22 579 kg/m3.
Hustota vzácneho kovu je teda 22,58 g/cm3, čo sa rovná experimentálne nameranej tabuľkovej hodnote.
