โลหะเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ประกอบขึ้นเป็นตารางธาตุส่วนใหญ่ของ D. I. Mendeleev ในบทความนี้ เราจะพิจารณาคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญเช่น ความหนาแน่น และยังให้ตารางความหนาแน่นของโลหะเป็นกก. / ลบ.ม.
ความหนาแน่นของสสาร
ก่อนที่เราจะจัดการกับความหนาแน่นของโลหะในหน่วย kg/m3 เรามาทำความคุ้นเคยกับปริมาณทางกายภาพกันก่อน ความหนาแน่นคืออัตราส่วนของมวลกาย m ต่อปริมาตร V ในอวกาศ ซึ่งสามารถเขียนทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้
ρ=ม / V
ค่าที่กำลังศึกษามักจะแสดงด้วยตัวอักษรกรีก ρ (ro).
ถ้าส่วนต่าง ๆ ของร่างกายมีมวลต่างกัน จากนั้นใช้สูตรที่เขียน คุณจะสามารถกำหนดความหนาแน่นเฉลี่ยได้ ในกรณีนี้ ความหนาแน่นในพื้นที่อาจแตกต่างไปจากค่าเฉลี่ยอย่างมาก
ดังที่คุณเห็นจากสูตร ค่าของ ρ จะแสดงเป็น kg/m3ในระบบ SI มันแสดงลักษณะของปริมาณของสารที่วางอยู่ในหน่วยของปริมาตร ลักษณะนี้ในหลายกรณีเป็นจุดเด่นของสาร ดังนั้น สำหรับโลหะชนิดต่างๆ ความหนาแน่นเป็น kg / m3ต่างกันทำให้สามารถระบุตัวตนได้
โลหะกับความหนาแน่น
โลหะเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ (ยกเว้นปรอทเท่านั้น) มีความเป็นพลาสติกสูง การนำไฟฟ้าและความร้อน และมีความมันวาวเฉพาะตัวในสถานะขัดเงาของพื้นผิว คุณสมบัติหลายอย่างของโลหะสัมพันธ์กับการมีอยู่ของตะแกรงผลึกที่มีแกนไอออนบวกอยู่ที่โหนด ซึ่งเชื่อมต่อกันโดยใช้ก๊าซอิเล็กตรอนเชิงลบ
ความหนาแน่นของโลหะนั้นแตกต่างกันอย่างมาก ดังนั้น โลหะเบาที่มีความหนาแน่นน้อยที่สุด เช่น ลิเธียม โพแทสเซียม หรือโซเดียม ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของลิเธียมคือ 534 กก./ม.3 ซึ่งเกือบครึ่งหนึ่งของน้ำ ซึ่งหมายความว่าเพลตลิเธียม โพแทสเซียม และโซเดียมจะไม่จมลงในน้ำ ในทางกลับกัน โลหะทรานซิชัน เช่น รีเนียม ออสเมียม อิริเดียม แพลตตินั่ม และทองคำ มีความหนาแน่นมาก ซึ่งมากกว่า ρ ของน้ำ 20 เท่า
ตารางด้านล่างแสดงความหนาแน่นของโลหะ ค่าทั้งหมดอ้างอิงถึงอุณหภูมิห้องในหน่วย g/cm3 หากค่าเหล่านี้คูณด้วย 1,000 เราก็จะได้ ρ เป็น kg/m3.
ทำไมถึงมีโลหะที่มีความหนาแน่นสูงและโลหะที่มีความหนาแน่นต่ำ? ความจริงก็คือค่าของ ρ สำหรับแต่ละกรณีจะถูกกำหนดโดยสองหลักปัจจัย:
- คุณลักษณะของตะแกรงคริสตัลของโลหะ หากโครงตาข่ายนี้มีอะตอมอยู่ในการอัดตัวที่หนาแน่นที่สุด ความหนาแน่นในระดับมหภาคก็จะสูงขึ้น ตาข่าย FCC และ hcp มีการบรรจุที่หนาแน่นที่สุด
- คุณสมบัติทางกายภาพของอะตอมโลหะ ยิ่งมวลของมันยิ่งใหญ่และรัศมียิ่งเล็กลงเท่าใด ค่าของ ρ ก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ปัจจัยนี้อธิบายว่าทำไมโลหะความหนาแน่นสูงเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีจำนวนสูงในตารางธาตุ
การทดลองหาความหนาแน่น
สมมุติว่าเรามีเศษโลหะที่ไม่รู้จัก คุณจะกำหนดความหนาแน่นของมันได้อย่างไร เมื่อนึกถึงสูตรของ ρ เราก็ได้คำตอบของคำถามที่ถามมา ในการกำหนดความหนาแน่นของโลหะ การชั่งน้ำหนักบนเครื่องชั่งใดๆ และวัดปริมาตรก็เพียงพอแล้ว จากนั้นค่าแรกควรหารด้วยค่าที่สอง อย่าลืมใช้หน่วยที่ถูกต้อง
หากรูปทรงเรขาคณิตของร่างกายมีความซับซ้อน การวัดปริมาตรจะไม่ง่าย ในกรณีเช่นนี้ คุณสามารถใช้กฎของอาร์คิมิดีสได้ เนื่องจากปริมาตรของของเหลวที่ถูกแทนที่เมื่อจุ่มร่างกายจะเท่ากับปริมาตรที่วัดได้ทั้งหมด
วิธีการชั่งน้ำหนักอุทกสถิตที่กาลิเลโอประดิษฐ์ขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่ 16 ก็ใช้กฎของอาร์คิมิดีสเช่นกัน สาระสำคัญของวิธีการนี้คือการวัดน้ำหนักตัวในอากาศและในของเหลว หากค่าแรกแสดงด้วย P0 และค่าที่สองด้วย P1 ความหนาแน่นของโลหะในหน่วยกิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตรจะถูกคำนวณโดยใช้วิธีต่อไปนี้ สูตร:
ρ=P0 ρl / (P0 - P 1)
โดยที่ ρl คือความหนาแน่นของของเหลว
นิยามตามทฤษฎีของความหนาแน่น
ในตารางข้างต้นของความหนาแน่นขององค์ประกอบทางเคมี โลหะที่กำหนดความหนาแน่นตามทฤษฎีจะมีเครื่องหมายสีแดง องค์ประกอบเหล่านี้มีกัมมันตภาพรังสีและได้รับในปริมาณเล็กน้อยเทียม ปัจจัยเหล่านี้ทำให้ยากต่อการวัดความหนาแน่นอย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม สามารถคำนวณค่าของ ρ ได้สำเร็จ
วิธีการกำหนดความหนาแน่นตามทฤษฎีนั้นค่อนข้างง่าย ในการทำเช่นนี้ คุณต้องรู้มวลของอะตอมหนึ่งอะตอม จำนวนอะตอมในโครงผลึกเบื้องต้น และชนิดของโครงตาข่ายนี้
ตัวอย่างเช่น มาคำนวณธาตุเหล็กกัน อะตอมของมันมีมวล 55.847 amu เตารีดภายใต้สภาพห้องมีตะแกรง bcc ที่มีค่าพารามิเตอร์ 2.866 อังสตรอม เนื่องจากลูกบาศก์ bcc พื้นฐานมีอะตอมสองอะตอม เราจึงได้:
ρ=255, 8471, 6610-27 / (2, 8663 10 -30)=7.876 กก./ม.3
ถ้าเราเปรียบเทียบค่านี้กับค่าที่ 1 ในตาราง เราจะเห็นว่าค่าต่างกันแค่ทศนิยมสามตำแหน่งเท่านั้น
