Kovy sú chemické prvky, ktoré tvoria väčšinu periodickej tabuľky D. I. Mendelejeva. V tomto článku zvážime takú dôležitú fyzikálnu vlastnosť, ako je hustota, a tiež uvedieme tabuľku hustoty kovov v kg / m3.
Hustota hmoty
Skôr ako sa budeme zaoberať hustotou kovov v kg/m3, zoznámime sa so samotnou fyzikálnou veličinou. Hustota je pomer telesnej hmotnosti m k jeho objemu V v priestore, ktorý možno matematicky zapísať takto:
ρ=m / V
Sledovaná hodnota sa zvyčajne označuje písmenom gréckej abecedy ρ (ro).
Ak majú rôzne časti tela rôznu hmotnosť, potom pomocou napísaného vzorca môžete určiť priemernú hustotu. V tomto prípade sa miestna hustota môže výrazne líšiť od priemeru.
Ako môžete vidieť zo vzorca, hodnota ρ je vyjadrená v kg/m3v sústave SI. Charakterizuje množstvo látky, ktoré je umiestnené v jednotke jej objemu. Táto vlastnosť je v mnohých prípadoch charakteristickým znakom látok. Takže pre rôzne kovy je hustota v kg / m3je iný, čo umožňuje ich identifikáciu.
Kovy a ich hustota
Kovové materiály sú pevné látky pri izbovej teplote a atmosférickom tlaku (ortuť je jedinou výnimkou). Majú vysokú plasticitu, elektrickú a tepelnú vodivosť a majú charakteristický lesk v leštenom stave povrchu. Mnohé vlastnosti kovov sú spojené s prítomnosťou usporiadanej kryštálovej mriežky, v ktorej sú kladné iónové jadrá umiestnené v uzloch, ktoré sú navzájom spojené pomocou negatívneho elektrónového plynu.
Pokiaľ ide o hustotu kovov, tá sa značne líši. Najmenej husté sú teda alkalické ľahké kovy, ako je lítium, draslík alebo sodík. Napríklad hustota lítia je 534 kg/m3, čo je takmer polovica hustoty vody. To znamená, že lítiové, draselné a sodné platne neklesnú vo vode. Na druhej strane prechodné kovy ako rénium, osmium, irídium, platina a zlato majú obrovskú hustotu, ktorá je 20 alebo viacnásobkom ρ vody.
Tabuľka nižšie zobrazuje hustotu kovov. Všetky hodnoty sa vzťahujú na izbovú teplotu v g/cm3. Ak tieto hodnoty vynásobíme 1 000, dostaneme ρ v kg/m3.
Prečo existujú kovy s vysokou hustotou a kovy s nízkou hustotou? Faktom je, že hodnota ρ pre každý konkrétny prípad je určená dvoma hlavnýmifaktory:
- Vlastnosť kryštálovej mriežky kovu. Ak táto mriežka obsahuje atómy v najhustejšom obale, jej makroskopická hustota bude vyššia. FCC a hcp mriežky majú najhustejšie balenie.
- Fyzikálne vlastnosti atómu kovu. Čím väčšia je jeho hmotnosť a menší polomer, tým vyššia je hodnota ρ. Tento faktor vysvetľuje, prečo sú kovy s vysokou hustotou chemické prvky s vysokým číslom v periodickej tabuľke.
Experimentálne stanovenie hustoty
Predpokladajme, že máme kúsok neznámeho kovu. Ako môžete určiť jeho hustotu? Pripomínajúc si vzorec pre ρ, dospejeme k odpovedi na položenú otázku. Na určenie hustoty kovu ho stačí odvážiť na akejkoľvek váhe a zmerať objem. Potom by sa prvá hodnota mala vydeliť druhou, pričom nezabudnite použiť správne jednotky.
Ak je geometrický tvar tela zložitý, potom nebude ľahké zmerať jeho objem. V takýchto prípadoch môžete použiť Archimedov zákon, pretože objem vytlačenej kvapaliny pri ponorení telesa bude presne rovný nameranému objemu.
Metóda hydrostatických závaží, ktorú vynašiel koncom 16. storočia Galileo, je tiež založená na využití Archimedovho zákona. Podstatou metódy je meranie telesnej hmotnosti vo vzduchu a následne v kvapaline. Ak je prvá hodnota označená P0 a druhá P1, potom sa hustota kovu v kg/m3 vypočíta pomocou nasledujúceho vzorec:
ρ=P0 ρl / (P0 - P 1)
Kde ρl je hustota kvapaliny.
Teoretická definícia hustoty
Vo vyššie uvedenej tabuľke hustôt chemických prvkov sú kovy, pre ktoré je uvedená teoretická hustota, označené červenou farbou. Tieto prvky sú rádioaktívne a boli získané umelo v malých množstvách. Tieto faktory sťažujú presné meranie ich hustoty. Hodnotu ρ však možno úspešne vypočítať.
Metóda teoretického určenia hustoty je pomerne jednoduchá. Na to potrebujete poznať hmotnosť jedného atómu, počet atómov v elementárnej kryštálovej mriežke a typ tejto mriežky.
Vezmime si napríklad výpočet pre železo. Jeho atóm má hmotnosť 55,847 amu. Železo za izbových podmienok má bcc mriežku s parametrom 2,866 angstromov. Keďže na elementárnu kocku bcc pripadajú dva atómy, dostaneme:
ρ=255, 8471, 6610-27 / (2, 8663 10 -30)=7,876 kg/m3
Ak túto hodnotu porovnáme s tabuľkovou, vidíme, že sa líšia len na treťom desatinnom mieste.
