Kovy jsou chemické prvky, které tvoří většinu periodické tabulky D. I. Mendělejeva. V tomto článku se budeme zabývat tak důležitou fyzikální vlastností, jako je hustota, a také uvedeme tabulku hustoty kovů v kg / m3.
Hustota hmoty
Než se budeme zabývat hustotou kovů v kg/m3, seznamme se se samotnou fyzikální veličinou. Hustota je poměr tělesné hmotnosti m k jeho objemu V v prostoru, který lze zapsat matematicky takto:
ρ=m / V
Zkoumaná hodnota se obvykle označuje písmenem řecké abecedy ρ (ro).
Pokud mají různé části těla různé hmotnosti, můžete pomocí napsaného vzorce určit průměrnou hustotu. V tomto případě se může místní hustota výrazně lišit od průměru.
Jak můžete vidět ze vzorce, hodnota ρ je vyjádřena v kg/m3 v soustavě SI. Charakterizuje množství látky, které je umístěno v jednotce jejího objemu. Tato vlastnost je v mnoha případech charakteristickým znakem látek. Takže pro různé kovy hustota v kg / m3je jiný, což umožňuje jejich identifikaci.
Kovy a jejich hustota
Kovové materiály jsou pevné látky při pokojové teplotě a atmosférickém tlaku (jedinou výjimkou je rtuť). Mají vysokou plasticitu, elektrickou a tepelnou vodivost a mají charakteristický lesk v leštěném stavu povrchu. Mnoho vlastností kovů je spojeno s přítomností uspořádané krystalové mřížky, ve které jsou v uzlech umístěna kladná iontová jádra, která jsou vzájemně propojena pomocí záporného elektronového plynu.
Pokud jde o hustotu kovů, ta se velmi liší. Nejméně husté jsou tedy alkalické lehké kovy, jako je lithium, draslík nebo sodík. Například hustota lithia je 534 kg/m3, což je téměř polovina hustoty vody. To znamená, že lithiové, draselné a sodné desky se ve vodě nepotopí. Na druhou stranu přechodné kovy jako rhenium, osmium, iridium, platina a zlato mají obrovskou hustotu, která je 20 a vícekrát větší než ρ vody.
Tabulka níže ukazuje hustotu kovů. Všechny hodnoty se vztahují k pokojové teplotě v g/cm3. Pokud tyto hodnoty vynásobíme 1 000, dostaneme ρ v kg/m3.
Proč existují kovy s vysokou hustotou a kovy s nízkou hustotou? Faktem je, že hodnota ρ pro každý konkrétní případ je určena dvěma hlavnímifaktory:
- Vlastnost krystalové mřížky kovu. Pokud tato mřížka obsahuje atomy v nejhustším obalu, pak bude její makroskopická hustota vyšší. FCC a hcp mřížky mají nejhustší obal.
- Fyzikální vlastnosti atomu kovu. Čím větší je jeho hmotnost a čím menší je poloměr, tím vyšší je hodnota ρ. Tento faktor vysvětluje, proč jsou kovy s vysokou hustotou chemické prvky s vysokým číslem v periodické tabulce.
Experimentální stanovení hustoty
Předpokládejme, že máme kus neznámého kovu. Jak můžete určit jeho hustotu? Když si vzpomeneme na vzorec pro ρ, dojdeme k odpovědi na položenou otázku. K určení hustoty kovu stačí jej zvážit na libovolné váze a změřit objem. Poté by měla být první hodnota vydělena druhou, přičemž nezapomeňte použít správné jednotky.
Pokud je geometrický tvar těla složitý, nebude snadné změřit jeho objem. V takových případech můžete použít Archimedův zákon, protože objem vytlačené kapaliny při ponoření tělesa bude přesně roven změřenému objemu.
Metoda hydrostatických závaží, vynalezená na konci 16. století Galileem, je také založena na použití Archimedova zákona. Podstatou metody je měření tělesné hmotnosti na vzduchu a následně v kapalině. Pokud je první hodnota označena P0 a druhá hodnota P1, pak se hustota kovu v kg/m3 vypočítá pomocí následujícího vzorec:
ρ=P0 ρl / (P0 - P 1)
Kde ρl je hustota kapaliny.
Teoretická definice hustoty
Ve výše uvedené tabulce hustot chemických prvků jsou kovy, pro které je uvedena teoretická hustota, označeny červeně. Tyto prvky jsou radioaktivní a byly získány uměle v malých množstvích. Tyto faktory znesnadňují přesné měření jejich hustoty. Hodnotu ρ však lze úspěšně vypočítat.
Metoda teoretického stanovení hustoty je poměrně jednoduchá. K tomu potřebujete znát hmotnost jednoho atomu, počet atomů v elementární krystalové mřížce a typ této mřížky.
Vezměme si například výpočet pro železo. Jeho atom má hmotnost 55,847 amu. Železo za pokojových podmínek má bcc mřížku s parametrem 2,866 angstromů. Protože na elementární krychli bcc připadají dva atomy, dostaneme:
ρ=255, 8471, 6610-27 / (2, 8663 10 -30)=7,876 kg/m3
Porovnáme-li tuto hodnotu s tabulkovou, vidíme, že se liší pouze na třetím desetinném místě.
