Ketumpatan ialah kuantiti fizikal yang penting untuk sebarang keadaan agregat jirim. Dalam artikel ini, kami akan mempertimbangkan persoalan apakah ketumpatan logam, kami akan memberikan jadual parameter ini untuk unsur kimia dan bercakap tentang logam paling tumpat di Bumi.
Apakah ciri fizikal yang kita bincangkan?
Ketumpatan ialah nilai yang mencirikan jumlah bahan dalam isipadu yang diketahui. Mengikut definisi ini, ia boleh dikira secara matematik seperti berikut:
ρ=m/V.
Tetapkan nilai ini dengan huruf Yunani ρ (ro).
Ketumpatan ialah ciri universal kerana ia boleh digunakan untuk membandingkan bahan yang berbeza. Fakta ini boleh digunakan untuk mengenal pasti mereka, seperti yang dilakukan oleh ahli falsafah Yunani Archimedes, menurut legenda (dia dapat membina mahkota emas palsu dengan mengukur nilai ρ untuknya).
Parameter ini untuk bahan tertentu bergantung pada dua faktor utama:
- daripada jisim atom dan molekul yang membentuk bahan;
- daripada purata jarak interatom dan antara molekul.
Sebagai contoh, mana-mana logam peralihan (emas, besi, vanadium, tungsten) mempunyai ketumpatan yang lebih tinggi daripada mana-mana bahan karbon, kerana jisim atom yang terakhir adalah sepuluh kali lebih sedikit. Contoh yang lain. Grafit dan berlian adalah dua struktur karbon. Yang kedua adalah lebih padat, kerana jarak interatomik dalam kekisinya lebih kecil.
Ketumpatan logam
Ini adalah kumpulan terbesar dalam jadual berkala Mendeleev. Logam ialah sebarang bahan yang mempunyai kekonduksian haba dan elektrik yang tinggi, ciri kilauan permukaan apabila ia digilap dan keupayaan untuk mengalami ubah bentuk plastik.
Unsur kimia sedemikian mempunyai keelektronegatifan yang rendah berbanding dengan bahan seperti nitrogen, oksigen dan karbon. Fakta ini membawa kepada fakta bahawa atom logam dalam struktur pukal membentuk ikatan logam antara satu sama lain. Ia ialah interaksi elektrik antara bes ionik bercas positif dan gas elektron negatif.
Atom logam di angkasa tersusun dalam bentuk struktur tersusun, yang dipanggil kekisi kristal. Terdapat hanya tiga jenis:
- kubik;
- BCC (padu pusat badan);
- HCP (heksagon tertutup rapat);
- FCC (padu berpusat muka).
Ketumpatan logam ialah kuantiti fizik yang bergantung pada jenis kekisi kristal. Di bawah ialah jadual parameter ini untuk semua unsur kimia dalam g / cm3, yang dalam keadaan biasa berada dalamkeadaan pepejal.
Dari jadual menunjukkan bahawa ketumpatan logam ialah nilai yang berbeza-beza dalam julat yang luas. Jadi, yang paling lemah ialah litium, yang, dengan isipadu yang sama, adalah dua kali lebih ringan daripada air. Ketumpatan osmium logam yang jarang ditemui adalah yang paling tinggi dalam alam semula jadi. Ia ialah 22.59g/cm3.
Bagaimanakah anda mencari nilainya?
Ketumpatan logam ialah ciri yang boleh ditakrifkan dalam dua cara yang berbeza secara asas:
- percubaan;
- teori.
Kaedah eksperimen adalah seperti berikut:
- Ukuran langsung berat badan dan isipadu. Yang terakhir ini mudah dikira jika parameter geometri badan diketahui dan bentuknya sesuai, contohnya, prisma, piramid atau bola.
- Ukuran hidrostatik. Dalam kes ini, skala khas digunakan, yang dicipta oleh Galileo pada abad ke-16. Prinsip operasi mereka agak mudah: pertama, badan dengan ketumpatan yang tidak diketahui ditimbang di udara, dan kemudian dalam cecair (air). Selepas itu, nilai yang diperlukan dikira menggunakan formula mudah.
Bagi kaedah teori untuk menentukan ketumpatan logam, ini adalah kaedah yang agak mudah yang memerlukan pengetahuan tentang jenis kekisi kristal, jarak interatomik di dalamnya dan jisim atom. Seterusnya, menggunakan contoh osmium, kami akan menunjukkan cara kaedah ini digunakan.
Ketumpatan osmium logam nadir
Diaditemui dalam jumlah surih di planet kita. Selalunya ia ditemui dalam bentuk aloi dengan iridium dan platinum, serta dalam bentuk oksida. Osmium mempunyai kekisi hcp dengan parameter a=2.7343 dan c=4.32 angstrom. Purata jisim satu atom ialah m=190.23 amu
Nombor di atas sudah cukup untuk menentukan nilai ρ. Untuk melakukan ini, gunakan formula asal untuk ketumpatan dan ambil kira bahawa satu prisma heksagon mengandungi enam atom. Akibatnya, kami sampai pada formula yang berfungsi:
ρ=4m/(√3a2c).
Menggantikan angka yang ditulis di atas dan mengambil kira dimensinya, kami sampai pada keputusan: ρ=22 579 kg/m3.
Oleh itu, ketumpatan logam nadir ialah 22.58 g/cm3, yang sama dengan nilai jadual yang diukur secara eksperimen.
