La densità è una quantità fisica importante per qualsiasi stato aggregato della materia. In questo articolo considereremo la domanda su quale sia la densità dei metalli, forniremo una tabella di questo parametro per gli elementi chimici e parleremo del metallo più denso sulla Terra.
Di quale caratteristica fisica stiamo parlando?
La densità è un valore che caratterizza la quantità di una sostanza in un volume noto. Secondo questa definizione, può essere calcolato matematicamente come segue:
ρ=m/V.
Designa questo valore con la lettera greca ρ (ro).
La densità è una caratteristica universale perché può essere utilizzata per confrontare diversi materiali. Questo fatto può essere utilizzato per identificarli, come fece il filosofo greco Archimede, secondo la leggenda (fu in grado di stabilire una falsa corona d'oro misurando il valore di ρ per essa).
Questo parametro per un particolare materiale dipende da due fattori principali:
- dalla massa degli atomi e delle molecole che compongono la sostanza;
- dalla media distanza interatomica e intermolecolare.
Ad esempio, uno qualsiasi dei metalli di transizione (oro, ferro, vanadio, tungsteno) ha una densità maggiore di qualsiasi materiale di carbonio, poiché la massa di quest'ultimo atomo è dieci volte inferiore. Un altro esempio. Grafite e diamante sono due strutture di carbonio. Il secondo è più denso, poiché le distanze interatomiche nel suo reticolo sono più piccole.
Densità dei metalli
Questo è il gruppo più numeroso nella tavola periodica di Mendeleev. Un metallo è qualsiasi sostanza che abbia un'elevata conduttività termica ed elettrica, una caratteristica lucentezza superficiale quando è lucidata e la capacità di subire deformazioni plastiche.
Un tale elemento chimico ha una bassa elettronegatività rispetto a sostanze come azoto, ossigeno e carbonio. Questo fatto porta al fatto che gli atomi di metallo nelle strutture sfuse formano un legame metallico tra loro. È un'interazione elettrica tra basi ioniche caricate positivamente e un gas di elettroni negativi.
Gli atomi di metallo nello spazio sono disposti sotto forma di una struttura ordinata, chiamata reticolo cristallino. Ci sono solo tre tipi:
- cubico;
- BCC (cubico centrato sul corpo);
- HCP (esagonale compatto);
- FCC (cubico centrato sulla faccia).
La densità dei metalli è una quantità fisica che dipende dal tipo di reticolo cristallino. Di seguito è riportata una tabella di questo parametro per tutti gli elementi chimici in g / cm3, che in condizioni normali sono instato solido.
Dalla tabella ne consegue che la densità dei metalli è un valore che varia in un ampio intervallo. Quindi, il più debole è il litio, che, a parità di volumi, è due volte più leggero dell'acqua. La densità del raro metallo osmio è la più alta in natura. È 22,59 g/cm3.
Come trovi il valore?
La densità dei metalli è una caratteristica che può essere definita in due modi fondamentalmente diversi:
- sperimentale;
- teorico.
I metodi sperimentali sono i seguenti:
- Misurazioni dirette del peso corporeo e del volume. Quest'ultimo è facile da calcolare se si conoscono i parametri geometrici del corpo e la sua forma è ideale, ad esempio un prisma, una piramide o una palla.
- Misure idrostatiche. In questo caso vengono utilizzate bilance speciali, inventate da Galileo nel XVI secolo. Il principio del loro funzionamento è abbastanza semplice: prima, un corpo di densità sconosciuta viene pesato nell'aria e poi in un liquido (acqua). Successivamente, il valore richiesto viene calcolato utilizzando una semplice formula.
Per quanto riguarda il metodo teorico per determinare la densità dei metalli, questo è un metodo abbastanza semplice che richiede la conoscenza del tipo di reticolo cristallino, della distanza interatomica in esso contenuto e della massa dell'atomo. Successivamente, usando l'esempio dell'osmio, mostreremo come viene utilizzato questo metodo.
Densità del metallo raro osmio
Luitrovato in tracce sul nostro pianeta. Molto spesso si trova sotto forma di leghe con iridio e platino, nonché sotto forma di ossidi. Osmium ha un reticolo hcp con parametri a=2,7343 e c=4,32 angstrom. La massa media di un atomo è m=190,23 amu
I numeri sopra sono sufficienti per determinare il valore di ρ. Per fare ciò, usa la formula originale per la densità e tieni presente che un prisma esagonale contiene sei atomi. Di conseguenza, arriviamo alla formula di lavoro:
ρ=4m/(√3a2c).
Sostituendo le cifre sopra scritte e tenendo conto delle loro dimensioni, arriviamo al risultato: ρ=22 579 kg/m3.
Quindi, la densità di un metallo raro è 22,58 g/cm3, che è uguale al valore della tabella misurato sperimentalmente.
