I metalli sono elementi chimici che costituiscono la maggior parte della tavola periodica di D. I. Mendeleev. In questo articolo considereremo una proprietà fisica così importante come la densità e forniremo anche una tabella della densità dei metalli in kg / m3.
Densità della materia
Prima di affrontare la densità dei metalli in kg/m3, facciamo conoscenza con la quantità fisica stessa. La densità è il rapporto tra la massa corporea m e il suo volume V nello spazio, che può essere scritto matematicamente come segue:
ρ=m / V
Il valore in esame è solitamente indicato dalla lettera dell'alfabeto greco ρ (ro).
Se diverse parti del corpo hanno masse diverse, usando la formula scritta, puoi determinare la densità media. In questo caso, la densità locale potrebbe differire significativamente dalla media.
Come puoi vedere dalla formula, il valore di ρ è espresso in kg/m3 nel sistema SI. Caratterizza la quantità di una sostanza che viene posta in un'unità del suo volume. Questa caratteristica in molti casi è il segno distintivo delle sostanze. Quindi, per diversi metalli, la densità in kg / m3è diverso, consentendo loro di essere identificati.
Metalli e loro densità
I materiali metallici sono solidi a temperatura ambiente e pressione atmosferica (il mercurio è l'unica eccezione). Hanno un'elevata plasticità, conducibilità elettrica e termica e hanno una caratteristica lucentezza allo stato lucido della superficie. Molte proprietà dei metalli sono associate alla presenza di un reticolo cristallino ordinato in cui i nuclei ionici positivi si trovano ai nodi, collegati tra loro per mezzo di un gas di elettroni negativi.
Per quanto riguarda la densità dei metalli, varia ampiamente. Quindi, i meno densi sono i metalli leggeri alcalini, come il litio, il potassio o il sodio. Ad esempio, la densità del litio è 534 kg/m3, che è quasi la metà di quella dell'acqua. Ciò significa che le piastre di litio, potassio e sodio non affonderanno nell'acqua. D' altra parte, i metalli di transizione come renio, osmio, iridio, platino e oro hanno un'enorme densità, che è 20 o più volte la ρ dell'acqua.
La tabella seguente mostra la densità dei metalli. Tutti i valori si riferiscono alla temperatura ambiente in g/cm3. Se questi valori vengono moltiplicati per 1.000, otteniamo ρ in kg/m3.
Perché ci sono metalli ad alta densità e metalli a bassa densità? Il fatto è che il valore di ρ per ogni caso specifico è determinato da due principalifattori:
- Caratteristica del reticolo cristallino del metallo. Se questo reticolo contiene atomi nell'imballaggio più denso, la sua densità macroscopica sarà maggiore. I reticoli FCC e hcp hanno l'imballaggio più denso.
- Proprietà fisiche dell'atomo di metallo. Maggiore è la sua massa e minore è il raggio, maggiore è il valore di ρ. Questo fattore spiega perché i metalli ad alta densità sono elementi chimici con un numero elevato nella tavola periodica.
Determinazione sperimentale della densità
Supponiamo di avere un pezzo di metallo sconosciuto. Come determinare la sua densità? Richiamando la formula per ρ, arriviamo alla risposta alla domanda posta. Per determinare la densità del metallo è sufficiente pesarlo su una qualsiasi bilancia e misurarne il volume. Quindi il primo valore dovrebbe essere diviso per il secondo, ricordando di utilizzare le unità corrette.
Se la forma geometrica del corpo è complessa, non sarà facile misurarne il volume. In questi casi, puoi usare la legge di Archimede, poiché il volume del liquido spostato quando il corpo è immerso sarà esattamente uguale al volume misurato.
Il metodo dei pesi idrostatici, inventato alla fine del XVI secolo da Galileo, si basa anche sull'uso della legge di Archimede. L'essenza del metodo è misurare il peso corporeo nell'aria e poi nel liquido. Se il primo valore è indicato con P0 e il secondo con P1, la densità del metallo in kg/m3 viene calcolata utilizzando quanto segue formula:
ρ=P0 ρl / (P0 - P 1)
Dove ρl è la densità del liquido.
Definizione teorica di densità
Nella tabella sopra delle densità degli elementi chimici, i metalli per i quali è data la densità teorica sono contrassegnati in rosso. Questi elementi sono radioattivi e sono stati ottenuti artificialmente in piccole quantità. Questi fattori rendono difficile misurare con precisione la loro densità. Tuttavia, il valore di ρ può essere calcolato con successo.
Il metodo di determinazione teorica della densità è abbastanza semplice. Per fare ciò, devi conoscere la massa di un atomo, il numero di atomi nel reticolo cristallino elementare e il tipo di questo reticolo.
Ad esempio, prendiamo un calcolo per il ferro. Il suo atomo ha una massa di 55.847 amu. Il ferro in condizioni ambientali ha un reticolo bcc con un parametro di 2.866 angstrom. Poiché ci sono due atomi per cubo bcc elementare, otteniamo:
ρ=255, 8471, 6610-27 / (2, 8663 10 -30)=7.876 kg/m3
Se confrontiamo questo valore con quello della tabella, possiamo vedere che differiscono solo per la terza cifra decimale.
