Тығыздық – материяның кез келген агрегаттық күйі үшін маңызды физикалық шама. Бұл мақалада біз металдардың тығыздығы қандай деген сұрақты қарастырамыз, химиялық элементтер үшін осы параметрдің кестесін береміз және жердегі ең тығыз металл туралы сөйлесеміз.
Біз қандай физикалық сипаттама туралы айтып отырмыз?
Тығыздық – белгілі көлемдегі заттың мөлшерін сипаттайтын шама. Бұл анықтамаға сәйкес оны математикалық түрде келесідей есептеуге болады:
ρ=м/В.
Бұл мәнді грек ρ (ro) әрпімен белгілеңіз.
Тығыздық әмбебап сипаттама болып табылады, себебі оны әртүрлі материалдарды салыстыру үшін пайдалануға болады. Бұл факт оларды анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін, бұл грек философы Архимед, аңыз бойынша (ол ол үшін ρ мәнін өлшеп, жалған алтын тәж орната алды).
Нақты материал үшін бұл параметр екі негізгі факторға байланысты:
- затты құрайтын атомдар мен молекулалардың массасынан;
- орташа атомаралық және молекулааралық қашықтықтардан.
Мысалы, өтпелі металдардың кез келгенінің (алтын, темір, ванадий, вольфрам) кез келген көміртек материалына қарағанда тығыздығы жоғары, өйткені соңғы атомның массасы он есе аз. Тағы бір мысал. Графит пен алмас екі көміртекті құрылым. Екіншісі тығызырақ, өйткені оның торындағы атомаралық қашықтық азырақ.
Металдардың тығыздығы
Бұл Менделеевтің периодтық жүйесіндегі ең үлкен топ. Металл - жоғары жылу және электр өткізгіштігі бар, жылтыратылғанда бетінің өзіне тән жылтырлығы және пластикалық деформацияға ұшырау қабілеті бар кез келген зат.
Мұндай химиялық элементтің азот, оттегі және көміртегі сияқты заттармен салыстырғанда электртерістігі төмен. Бұл факт көлемді құрылымдардағы металл атомдарының бір-бірімен металлдық байланыс түзетініне әкеледі. Бұл оң зарядталған иондық негіздер мен теріс электрон газы арасындағы электрлік әрекеттесу.
Кеңістіктегі металл атомдары реттелген құрылым түрінде орналасқан, оны кристалдық тор деп атайды. Тек үш түрі бар:
- куб;
- BCC (дене центріндегі текше);
- HCP (алтыбұрышты тығыз оралған);
- FCC (бетке бағытталған текше).
Металдардың тығыздығы кристалдық тордың түріне байланысты физикалық шама. Төменде осы параметрдің кестесі г / см3 түрінде берілген, олар қалыпты жағдайдақатты күй.
Кестеден металдардың тығыздығы кең ауқымда өзгеретін шама екені шығады. Сонымен, ең әлсізі - литий, ол бірдей көлемдегі судан екі есе жеңіл. Сирек кездесетін металл осмийдің тығыздығы табиғатта ең жоғары болып табылады. Ол 22,59 г/см3.
Мәнді қалай табасыз?
Металдардың тығыздығы екі түрлі жолмен анықталуы мүмкін сипаттама:
- эксперименттік;
- теориялық.
Эксперименттік әдістер келесідей:
- Дене салмағы мен көлемін тікелей өлшеу. Соңғысын есептеу оңай, егер дененің геометриялық параметрлері белгілі болса және оның пішіні идеалды болса, мысалы, призма, пирамида немесе шар.
- Гидростатикалық өлшемдер. Бұл жағдайда 16 ғасырда Галилей ойлап тапқан арнайы таразылар қолданылады. Олардың жұмыс істеу принципі өте қарапайым: алдымен белгісіз тығыздықтағы дене ауада, содан кейін сұйықтықта (суда) өлшенеді. Осыдан кейін қажетті мән қарапайым формула арқылы есептеледі.
Металдардың тығыздығын анықтаудың теориялық әдісіне келетін болсақ, бұл кристалдық тордың түрін, ондағы атомаралық қашықтықты және атомның массасын білуді талап ететін өте қарапайым әдіс. Әрі қарай, осмий мысалын қолдана отырып, бұл әдіс қалай қолданылатынын көрсетеміз.
Сирек металдар осмийінің тығыздығы
Олбіздің планетамызда аз мөлшерде кездеседі. Көбінесе ол иридий және платина бар қорытпалар түрінде, сондай-ақ оксидтер түрінде кездеседі. Осмийде a=2,7343 және c=4,32 ангстром параметрлері бар hcp торы бар. Бір атомның орташа массасы m=190,23 amu
Жоғарыдағы сандар ρ мәнін анықтау үшін жеткілікті. Ол үшін тығыздықтың бастапқы формуласын қолданыңыз және бір алтыбұрышты призманың алты атомнан тұратынын ескеріңіз. Нәтижесінде біз жұмыс формуласына келеміз:
ρ=4м/(√3a2c).
Жоғарыда жазылған сандарды ауыстырып, олардың өлшемдерін ескере отырып, біз мынандай нәтижеге келеміз: ρ=22 579 кг/м3.
Осылайша, сирек металдың тығыздығы 22,58 г/см3, бұл тәжірибелік түрде өлшенген кестелік мәнге тең.
