Յուրաքանչյուր ուսանող, ով ծանոթ է պարբերական համակարգին, գիտի, որ մետաղների քանակությունը կազմում է քիմիական տարրերի մեծ մասը: Նրանց համար կարեւոր ֆիզիկական հատկանիշներից է խտությունը։ Հաշվի առեք այս արժեքը հոդվածում և բերեք մետաղների և համաձուլվածքների խտության աղյուսակ։
Ինչ է խտությունը
Եթե վերցնեք պլաստիկի և պողպատի նույն ծավալները, ապա առաջինը շատ ավելի հեշտ կլինի, քան երկրորդը: Ընդհակառակը, պլաստիկի կտորը կունենա ճիշտ նույն քաշը, ինչ պողպատի կտորը, եթե այն շատ ավելի մեծ է ծավալով: Այս տարբերությունների պատճառն այնպիսի ֆիզիկական մեծություն է, ինչպիսին խտությունն է։ Այն հաշվարկելու բանաձևը հետևյալն է.
ρ=m/V.
Այստեղ m-ը մարմնի զանգվածն է, V-ը՝ նրա ծավալը։ Հունարեն ρ տառը (rho) հաճախ օգտագործվում է խտությունը նշելու համար։ Բանաձևից հետևում է, որ SI-ում չափման միավորներն են կիլոգրամները մեկ խորանարդ մետրի համար (կգ/մ3): Կարող են օգտագործվել նաև ոչ համակարգային միավորներ, ինչպիսիք են գ/սմ3 կամ գ/լ (հեղուկների համար):
Ինչ են մետաղները
Մետաղների խտության աղյուսակ տալուց առաջ բացատրենք, թե ինչ նյութի մասին է խոսքը։ Մետաղական նյութերը տարբերվում են ոչ մետաղներից բարձր ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակությամբ և ճկունությամբ։ Սրանք են նրանց հիմնական տարբերակիչ հատկանիշները։ Կան նաև աննշան հատկություններ, ինչպիսիք են՝ ունենալը բնորոշ մետաղական փայլ, ճկունություն և ցածր էլեկտրաբացասականություն իրենց ատոմների համար:
Բոլոր մետաղները նորմալ պայմաններում գոյություն ունեն պինդ վիճակում: Բացառություն է կազմում միայն սնդիկը, որի բյուրեղացման ջերմաստիճանը -39oC է: Պինդ մետաղը գոյություն ունի բյուրեղյա ցանցի տեսքով: Վերջինս ատոմների հավաքածու է, որոնք տիեզերքում կազմակերպված են որոշակի երկրաչափական ձևով։ Ցանկացած մաքուր (մեկ բաղադրիչ) մետաղական նյութ գոյություն ունի տվյալ պայմաններում երեք տեսակի բյուրեղային ցանցերում: Սրանք հետևյալ ցանցերն են՝
- Դեմքի կենտրոնացված խորանարդ (FCC).
- մարմնի կենտրոնացված խորանարդ (BCC).
- Վեցանկյուն փակ փաթեթավորված (hcp).
Եթե պայմանները (ջերմաստիճանը, ճնշումը) փոխվում են, ապա մետաղը կարող է անցնել մեկ բյուրեղային վիճակի։ Դասական օրինակ է bcc երկաթի անցումը fcc-ի, երբ ջերմաստիճանը իջնում է 1392oC-ից կամ երբ այն բարձրանում է 911oC:
Մետաղական խտության աղյուսակ
Մետաղների խտությունը որոշվում է երկու հիմնական գործոնով.
- Բյուրեղային ցանցի տեսակը և միջատոմային հեռավորությունները դրանում։
- Ատոմի զանգվածըքիմիական տարր.
Մետաղների և այլ տարրերի խտության աղյուսակը տրված է ստորև։
Ահա թվերը գ/սմ-ով3: Որպեսզի մետաղի խտության աղյուսակն արտահայտվի կգ/մ3-ով, անհրաժեշտ է համապատասխան արժեքը բազմապատկել 1000-ով: Աղյուսակը ցույց է տալիս, որ մետաղներն ունեն շատ տարբեր խտություններ: Դրանք կարող են լինել ավելի թեթև, քան ջուրը (նատրիում, լիթիում, կալիում) կամ շատ ծանր (իրիդիում, օսմիում, պլատին, ոսկի):
Համահալվածքների խտություն
Համահալվածքները բազմաբաղադրիչ նյութեր են, օրինակ՝ պողպատը երկաթի և ածխածնի համաձուլվածք է։ Համաձուլվածքների բյուրեղային կառուցվածքն ավելի բարդ է, քան մաքուր մետաղների համար: Պողպատի համար, որը բաղկացած է երկաթից և ածխածնի ատոմներից, կան դրանց փոխադարձ դասավորության մի քանի հնարավորություն (ածխածնի պինդ լուծում bcc կամ fcc երկաթում, հատուկ փուլի ձևավորում՝ ցեմենտիտ, գրաֆիտի ներդիրների ձևավորում և մի քանի այլ):
Ինչ վերաբերում է համաձուլվածքների խտությանը, ապա շատ դեպքերում այն կարելի է գնահատել հետևյալ պարզ բանաձևով.
ρ=∑imi/∑iV ես.
Որտեղ i-ն համաձուլվածքի բաղադրիչի թիվն է: Եթե այս արտահայտությունը կիրառվում է երկու բաղադրիչ համաձուլվածքի վրա, ապա կարելի է ստանալ հետևյալ բանաձևը՝
ր=ρ1ր2/(ր1+x(ρ2-ր1)).
Որտեղ ρ1 և ρ2 համապատասխան բաղադրիչների խտություններն են, x-ը առաջին բաղադրիչի զանգվածային բաժինն է խառնուրդ. Սահմանված էայսպես:
x=m1/(m1+ m2)..
Որոշ համաձուլվածքների խտության աղյուսակը տոննաներով/խորանարդ մետրով տրված է ստորև։
Քանի որ յուրաքանչյուր համաձուլվածք պարունակում է հիմնականում մեկ բաղադրիչ (պողպատ - երկաթ, բրոնզ - պղինձ, նիկրոմ - նիկել և այլն), զարմանալի չէ, որ դրանց խտությունը մոտ է մաքուր մետաղների խտությանը։
