Każdy uczeń, który zna układ okresowy pierwiastków wie, że ilość zawartych w nim metali stanowi większość pierwiastków chemicznych. Jedną z ważnych dla nich cech fizycznych jest gęstość. Rozważ tę wartość w artykule i podaj tabelę gęstości metali i stopów.
Co to jest gęstość
Jeśli weźmiesz te same ilości plastiku i stali, wtedy pierwsza będzie znacznie łatwiejsza niż druga. I odwrotnie, kawałek plastiku będzie miał dokładnie taką samą wagę jak kawałek stali, jeśli ma znacznie większą objętość. Powodem tych różnic jest taka wielkość fizyczna jak gęstość. Wzór na jego obliczenie jest następujący:
ρ=m/V.
Tutaj m to masa ciała, V to jego objętość. Grecka litera ρ (rho) jest często używana do oznaczenia gęstości. Ze wzoru wynika, że jednostkami miary w SI są kilogramy na metr sześcienny (kg/m3). Można również stosować jednostki nieukładowe, takie jak g/cm3 lub g/l (dla cieczy).
Co to są metale
Przed podaniem tabeli gęstości metali wyjaśnijmy o jakiej substancji mówimy. Materiały metalowe różnią się od niemetali wysoką przewodnością cieplną i elektryczną oraz plastycznością. To są ich główne cechy wyróżniające. Istnieją również drobne właściwości, takie jak charakterystyczny metaliczny połysk, ciągliwość i niska elektroujemność ich atomów.
Wszystkie metale w normalnych warunkach występują w postaci stałej. Jedynym wyjątkiem jest rtęć, dla której temperatura krystalizacji wynosi -39oC. Stały metal istnieje w postaci sieci krystalicznej. Ta ostatnia to zbiór atomów zorganizowanych w przestrzeni w pewien geometryczny sposób. Każdy czysty (jednoskładnikowy) materiał metaliczny występuje w jednym z trzech rodzajów sieci krystalicznych w danych warunkach. Oto następujące siatki:
- Wyśrodkowany na twarz sześcienny (FCC).
- Ciało wyśrodkowane sześcienne (BCC).
- Sześciokątne ciasno upakowane (hcp).
Jeśli warunki (temperatura, ciśnienie) ulegną zmianie, metal może przejść z jednego do drugiego stanu krystalicznego. Klasycznym przykładem jest przejście z żelaza bcc do fcc, gdy temperatura spadnie poniżej 1392oC lub gdy wzrośnie powyżej 911oC.
Tabela gęstości metalu
Gęstość metali zależy od dwóch głównych czynników:
- Rodzaj sieci krystalicznej i odległości międzyatomowe w niej.
- Masa atomupierwiastek chemiczny.
Tabela gęstości metali i innych pierwiastków znajduje się poniżej.
Oto liczby w g/cm3. Aby tabela gęstości metali była wyrażona w kg / m3, należy pomnożyć odpowiednią wartość przez 1000. Tabela pokazuje, że metale mają bardzo różne gęstości. Mogą być lżejsze od wody (sód, lit, potas) lub bardzo ciężkie (iryd, osm, platyna, złoto).
Gęstość stopów
Stopy są substancjami wieloskładnikowymi, na przykład stal jest stopem żelaza i węgla. Struktura krystaliczna stopów jest bardziej złożona niż w przypadku czystych metali. W przypadku stali, która składa się z atomów żelaza i węgla, istnieje kilka możliwości ich wzajemnego ułożenia (stały roztwór węgla w żelazie bcc lub fcc, powstawanie specjalnej fazy - cementytu, powstawanie wtrąceń grafitu i kilka innych).
Gęstość stopów w wielu przypadkach można oszacować za pomocą następującego prostego wzoru:
ρ=∑imi/∑iV i.
Gdzie i jest numerem składnika w stopie. Jeśli to wyrażenie zastosujemy do stopu dwuskładnikowego, wówczas uzyskamy następujący wzór:
ρ=ρ1ρ2/(ρ1+x(ρ2-ρ1)).
Gdzie ρ1 i ρ2 są gęstościami odpowiednich składników, x jest ułamkiem masowym pierwszego składnika w stop. Jest to określonewięc:
x=m1/(m1+ m2).
Tabela gęstości niektórych stopów w tonach na metr sześcienny jest podana poniżej.
Ponieważ każdy stop zawiera głównie jeden składnik (stal – żelazo, brąz – miedź, nichrom – nikiel itd.), nie dziwi fakt, że ich gęstość jest zbliżona do gęstości czystych metali.
