Hustota je důležitou fyzikální veličinou pro jakýkoli agregovaný stav hmoty. V tomto článku se budeme zabývat otázkou, jaká je hustota kovů, uvedeme tabulku tohoto parametru pro chemické prvky a budeme mluvit o nejhustším kovu na Zemi.
O jaké fyzické vlastnosti mluvíme?
Hustota je hodnota, která charakterizuje množství látky ve známém objemu. Podle této definice jej lze matematicky vypočítat následovně:
ρ=m/V.
Tuto hodnotu označte řeckým písmenem ρ (ro).
Hustota je univerzální charakteristika, protože ji lze použít k porovnání různých materiálů. Tato skutečnost může být použita k jejich identifikaci, což podle legendy udělal řecký filozof Archimedes (dokázal vytvořit falešnou zlatou korunu změřením hodnoty ρ).
Tento parametr pro konkrétní materiál závisí na dvou hlavních faktorech:
- z hmotnosti atomů a molekul, které tvoří látku;
- z průměrných meziatomových a mezimolekulárních vzdáleností.
Například jakýkoli z přechodných kovů (zlato, železo, vanad, wolfram) má vyšší hustotu než jakýkoli uhlíkový materiál, protože hmotnost druhého atomu je desetkrát menší. Další příklad. Grafit a diamant jsou dvě uhlíkové struktury. Druhý je hustší, protože meziatomové vzdálenosti v jeho mřížce jsou menší.
Hustota kovů
Toto je největší skupina v Mendělejevově periodické tabulce. Kov je jakákoli látka, která má vysokou tepelnou a elektrickou vodivost, charakteristický povrchový lesk, když je leštěná, a schopnost podstoupit plastickou deformaci.
Takový chemický prvek má nízkou elektronegativitu ve srovnání s látkami, jako je dusík, kyslík a uhlík. Tato skutečnost vede k tomu, že atomy kovů v objemových strukturách tvoří mezi sebou kovovou vazbu. Je to elektrická interakce mezi kladně nabitými iontovými bázemi a záporným elektronovým plynem.
Atomy kovů v prostoru jsou uspořádány ve formě uspořádané struktury, která se nazývá krystalová mřížka. Existují pouze tři typy:
- cubic;
- BCC (kubický na střed těla);
- HCP (šestihranný uzavřený);
- FCC (obličejově centrovaný krychlový).
Hustota kovů je fyzikální veličina, která závisí na typu krystalové mřížky. Níže je tabulka tohoto parametru pro všechny chemické prvky v g / cm3, které jsou za normálních podmínek vpevný stav.
Z tabulky vyplývá, že hustota kovů je hodnota, která se mění v širokém rozmezí. Nejslabší je tedy lithium, které je při stejných objemech dvakrát lehčí než voda. Hustota vzácného kovu osmia je v přírodě nejvyšší. Je to 22,59 g/cm3.
Jak zjistíte hodnotu?
Hustota kovů je charakteristika, kterou lze definovat dvěma zásadně odlišnými způsoby:
- experimentální;
- teoretické.
Experimentální metody jsou následující:
- Přímé měření tělesné hmotnosti a objemu. Ten lze snadno vypočítat, pokud jsou známy geometrické parametry tělesa a jeho tvar je ideální, například hranol, pyramida nebo koule.
- Hydrostatická měření. V tomto případě se používají speciální váhy, které vynalezl Galileo v 16. století. Princip jejich fungování je poměrně jednoduchý: nejprve se těleso neznámé hustoty zváží ve vzduchu a poté v kapalině (vodě). Poté se požadovaná hodnota vypočítá pomocí jednoduchého vzorce.
Pokud jde o teoretickou metodu pro stanovení hustoty kovů, jedná se o poměrně jednoduchou metodu, která vyžaduje znalost typu krystalové mřížky, meziatomové vzdálenosti v ní a hmotnosti atomu. Dále si na příkladu osmia ukážeme, jak se tato metoda používá.
Hustota vzácného kovu osmia
Onse na naší planetě vyskytují ve stopových množstvích. Nejčastěji se vyskytuje ve formě slitin s iridiem a platinou a také ve formě oxidů. Osmium má hcp mřížku s parametry a=2,7343 a c=4,32 angstromů. Průměrná hmotnost jednoho atomu je m=190,23 amu
Výše uvedená čísla stačí k určení hodnoty ρ. K tomu použijte původní vzorec pro hustotu a vezměte v úvahu, že jeden šestiboký hranol obsahuje šest atomů. V důsledku toho se dostáváme k pracovnímu vzorci:
ρ=4m/(√3a2c).
Nahrazením výše napsaných čísel a zohledněním jejich rozměrů dojdeme k výsledku: ρ=22 579 kg/m3.
Hustota vzácného kovu je tedy 22,58 g/cm3, což se rovná experimentálně naměřené tabulkové hodnotě.
