นักเรียนทุกคนที่คุ้นเคยกับตารางธาตุรู้ดีว่าปริมาณของโลหะในนั้นประกอบขึ้นเป็นองค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่ ลักษณะทางกายภาพที่สำคัญประการหนึ่งสำหรับพวกเขาคือความหนาแน่น พิจารณาค่านี้ในบทความและให้ตารางความหนาแน่นของโลหะและโลหะผสม
ความหนาแน่นคืออะไร
ถ้าคุณใช้พลาสติกและเหล็กในปริมาณเท่ากัน อันแรกจะง่ายกว่าอันที่สองมาก ในทางกลับกัน ชิ้นส่วนพลาสติกจะมีน้ำหนักเท่ากันทุกประการกับชิ้นส่วนของเหล็กหากมีปริมาตรมากกว่ามาก สาเหตุของความแตกต่างเหล่านี้คือปริมาณทางกายภาพเช่นความหนาแน่น สูตรการคำนวณมีดังนี้:
ρ=m/V.
นี่คือมวลของร่างกาย V คือปริมาตรของมัน ตัวอักษรกรีก ρ (rho) มักใช้เพื่อแสดงถึงความหนาแน่น จากสูตรที่หน่วยวัดใน SI คือ กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (kg/m3) นอกจากนี้ยังอาจใช้หน่วยที่ไม่เป็นระบบ เช่น g/cm3 หรือ g/l (สำหรับของเหลว)
โลหะคืออะไร
ก่อนที่จะให้ตารางความหนาแน่นของโลหะ ให้เราอธิบายว่าเรากำลังพูดถึงสารอะไร วัสดุที่เป็นโลหะแตกต่างจากอโลหะในด้านการนำความร้อนและไฟฟ้าและความเหนียวสูง เหล่านี้เป็นคุณสมบัติเด่นหลักของพวกเขา นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติรองลงมา เช่น มีความมันวาวเฉพาะตัว ความอ่อนตัว และอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำสำหรับอะตอมของพวกมัน
โลหะทั้งหมดภายใต้สภาวะปกติอยู่ในรูปของแข็ง ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือปรอท ซึ่งอุณหภูมิการตกผลึกคือ -39oC โลหะแข็งมีอยู่ในรูปของผลึกขัดแตะ หลังเป็นชุดของอะตอมที่จัดอยู่ในอวกาศด้วยวิธีทางเรขาคณิต วัสดุโลหะบริสุทธิ์ (ส่วนประกอบเดียว) ใด ๆ มีอยู่ในผลึกขัดแตะหนึ่งในสามประเภทภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด นี่คือตารางต่อไปนี้:
- ลูกบาศก์ตรงกลางหน้า (FCC).
- ลูกบาศก์ศูนย์กลางของร่างกาย (BCC).
- หกเหลี่ยมแบบปิด (hcp).
หากสภาวะ (อุณหภูมิ ความดัน) เปลี่ยนแปลง แสดงว่าโลหะสามารถเปลี่ยนสถานะเป็นผลึกได้ ตัวอย่างคลาสสิกคือการเปลี่ยน bcc iron เป็น fcc เมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่า 1392oC หรือเมื่อสูงกว่า 911oC.
ตารางความหนาแน่นของโลหะ
ความหนาแน่นของโลหะถูกกำหนดโดยสองปัจจัยหลัก:
- ประเภทตะแกรงคริสตัลและระยะระหว่างอะตอมในนั้น
- มวลอะตอมองค์ประกอบทางเคมี
ตารางความหนาแน่นของโลหะและองค์ประกอบอื่นๆ แสดงไว้ด้านล่าง
นี่คือตัวเลขใน g/cm3 เพื่อให้ตารางความหนาแน่นของโลหะแสดงเป็นกก. / ลบ.ม. จำเป็นต้องคูณค่าที่สอดคล้องกันด้วย 1,000 ตารางแสดงให้เห็นว่าโลหะมีความหนาแน่นต่างกันมาก น้ำหนักเบากว่าน้ำ (โซเดียม ลิเธียม โพแทสเซียม) หรือหนักมาก (อิริเดียม ออสเมียม แพลตตินั่ม ทอง)
ความหนาแน่นของโลหะผสม
โลหะผสมเป็นสารที่มีหลายองค์ประกอบ เช่น เหล็กเป็นโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน โครงสร้างผลึกของโลหะผสมมีความซับซ้อนมากกว่าโลหะบริสุทธิ์ สำหรับเหล็กซึ่งประกอบด้วยอะตอมของเหล็กและคาร์บอน มีความเป็นไปได้หลายประการสำหรับการจัดเรียงร่วมกัน (สารละลายของแข็งของคาร์บอนในเหล็ก bcc หรือ fcc, การก่อตัวของเฟสพิเศษ - ซีเมนต์, การก่อตัวของการรวมกราไฟท์ และอื่น ๆ)
สำหรับความหนาแน่นของโลหะผสม ในหลายกรณี สามารถประมาณได้โดยใช้สูตรง่ายๆ ดังต่อไปนี้:
ρ=∑imi/∑iV ผม.
โดย i คือหมายเลขของส่วนประกอบในโลหะผสม หากนิพจน์นี้ใช้กับโลหะผสมสององค์ประกอบ จะได้สูตรต่อไปนี้:
ρ=ρ1ρ2/(ρ1+x(ρ2-ρ1)).
โดยที่ ρ1 และ ρ2 คือความหนาแน่นของส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกัน x คือเศษส่วนมวลขององค์ประกอบแรกใน โลหะผสม ถูกกำหนดไว้แล้วดังนั้น:
x=m1/(m1+ m2).
ตารางความหนาแน่นของโลหะผสมบางชนิดในหน่วยตันต่อลูกบาศก์เมตรแสดงไว้ด้านล่าง
เนื่องจากโลหะผสมแต่ละชนิดมีส่วนประกอบหลักหนึ่งอย่าง (เหล็ก - เหล็ก ทองแดง - ทองแดง นิโครม - นิกเกิล และอื่นๆ) จึงไม่น่าแปลกใจที่ความหนาแน่นของพวกมันจะใกล้เคียงกับโลหะบริสุทธิ์