Մետաղները քիմիական տարրեր են, որոնք կազմում են Դ. Ի. Մենդելեևի պարբերական աղյուսակի մեծ մասը: Այս հոդվածում մենք կդիտարկենք այնպիսի կարևոր ֆիզիկական հատկություն, ինչպիսին է խտությունը, ինչպես նաև կտանք մետաղների խտության աղյուսակը կգ/մ3-ով:
Նյութի խտություն
Մետաղների խտությանը կգ/մ3-ով զբաղվելուց առաջ եկեք ծանոթանանք հենց ֆիզիկական մեծությանը։ Խտությունը մարմնի զանգվածի m և V ծավալի հարաբերությունն է տարածության մեջ, որը մաթեմատիկորեն կարելի է գրել հետևյալ կերպ՝
ρ=m / V
Ուսումնասիրվող արժեքը սովորաբար նշվում է հունական այբուբենի ρ (ro) տառով:
Եթե մարմնի տարբեր մասեր ունեն տարբեր զանգվածներ, ապա գրավոր բանաձևով կարող եք որոշել միջին խտությունը։ Այս դեպքում տեղական խտությունը կարող է զգալիորեն տարբերվել միջինից։
Ինչպես երևում է բանաձևից, SI համակարգում ρ-ի արժեքն արտահայտված է կգ/մ3: Այն բնութագրում է նյութի քանակությունը, որը տեղադրված է իր ծավալի միավորի մեջ: Այս հատկանիշը շատ դեպքերում հանդիսանում է նյութերի բնորոշ հատկանիշը: Այսպիսով, տարբեր մետաղների համար խտությունը կգ/մ3-ովտարբեր է, ինչը թույլ է տալիս նրանց նույնականացնել:
Մետաղները և դրանց խտությունը
Մետաղական նյութերը պինդ նյութեր են սենյակային ջերմաստիճանում և մթնոլորտային ճնշման տակ (միակ բացառությունը սնդիկը է): Նրանք ունեն բարձր պլաստիկություն, էլեկտրական և ջերմային հաղորդունակություն և մակերեսի փայլեցված վիճակում ունեն բնորոշ փայլ։ Մետաղների շատ հատկություններ կապված են դասավորված բյուրեղային ցանցի առկայության հետ, որտեղ դրական իոնային միջուկները նստած են հանգույցների մոտ՝ միմյանց հետ կապված բացասական էլեկտրոնային գազի միջոցով:
Ինչ վերաբերում է մետաղների խտությանը, ապա այն շատ տարբեր է։ Այսպիսով, ամենաքիչ խտությունը ալկալային թեթեւ մետաղներն են, ինչպիսիք են լիթիումը, կալիումը կամ նատրիումը: Օրինակ, լիթիումի խտությունը կազմում է 534 կգ/մ3, ինչը ջրի գրեթե կեսն է: Սա նշանակում է, որ լիթիումի, կալիումի և նատրիումի թիթեղները ջրի մեջ չեն ընկղմվի։ Մյուս կողմից, անցումային մետաղները, ինչպիսիք են ռենիումը, օսմիումը, իրիդիումը, պլատինը և ոսկին, ունեն հսկայական խտություն, որը 20 կամ ավելի անգամ գերազանցում է ջրի ρ-ն։
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մետաղների խտությունը: Բոլոր արժեքները վերաբերում են սենյակային ջերմաստիճանին g/cm3-ով: Եթե այս արժեքները բազմապատկվում են 1000-ով, ապա մենք ստանում ենք ρ կգ/մ-ով3:
Ինչու՞ կան բարձր խտության և ցածր խտության մետաղներ: Փաստն այն է, որ ρ-ի արժեքը յուրաքանչյուր կոնկրետ դեպքի համար որոշվում է երկու հիմնականովգործոններ:
- Մետաղի բյուրեղային ցանցի առանձնահատկությունը. Եթե այս վանդակը պարունակում է ատոմներ ամենախիտ փաթեթավորման մեջ, ապա դրա մակրոսկոպիկ խտությունը ավելի մեծ կլինի: FCC և hcp վանդակաճաղերն ունեն ամենախիտ փաթեթավորումը։
- Մետաղի ատոմի ֆիզիկական հատկությունները. Որքան մեծ է նրա զանգվածը և որքան փոքր է շառավիղը, այնքան մեծ է ρ-ի արժեքը։ Այս գործոնը բացատրում է, թե ինչու են բարձր խտությամբ մետաղները պարբերական աղյուսակում մեծ թվով քիմիական տարրեր։
խտության փորձարարական որոշում
Ենթադրենք՝ ունենք անհայտ մետաղի կտոր։ Ինչպե՞ս կարող եք որոշել դրա խտությունը: Հիշելով ρ-ի բանաձևը, մենք հասնում ենք տրված հարցի պատասխանին. Մետաղի խտությունը որոշելու համար բավական է այն կշռել ցանկացած հավասարակշռության վրա և չափել ծավալը։ Այնուհետև առաջին արժեքը պետք է բաժանվի երկրորդի վրա՝ հիշելով օգտագործել ճիշտ միավորները:
Եթե մարմնի երկրաչափական ձևը բարդ է, ապա դրա ծավալը չափելը հեշտ չի լինի։ Նման դեպքերում դուք կարող եք օգտագործել Արքիմեդի օրենքը, քանի որ տեղահանված հեղուկի ծավալը, երբ մարմինը ընկղմվում է, հավասար կլինի չափված ծավալին։
Հիդրոստատիկ կշիռների մեթոդը, որը հայտնագործվել է 16-րդ դարի վերջին Գալիլեոյի կողմից, նույնպես հիմնված է Արքիմեդի օրենքի կիրառման վրա։ Մեթոդի էությունը մարմնի քաշի չափումն է օդում, այնուհետև հեղուկում։ Եթե առաջին արժեքը նշվում է P0-ով, իսկ երկրորդը P1-ով, ապա մետաղի խտությունը կգ/մ3-ով հաշվարկվում է հետևյալ կերպ. բանաձև՝
ր=P0 ρl / (P0 - P 1)
Որտեղ ρl հեղուկի խտությունն է։
Խտության տեսական սահմանում
Քիմիական տարրերի խտությունների վերոնշյալ աղյուսակում կարմիրով նշված են այն մետաղները, որոնց համար տրված է տեսական խտությունը։ Այս տարրերը ռադիոակտիվ են, և դրանք արհեստականորեն ստացվել են փոքր քանակությամբ։ Այս գործոնները դժվարացնում են դրանց խտությունը ճշգրիտ չափելը: Այնուամենայնիվ, ρ-ի արժեքը կարող է հաջողությամբ հաշվարկվել:
Խտության տեսական որոշման մեթոդը բավականին պարզ է. Դա անելու համար անհրաժեշտ է իմանալ մեկ ատոմի զանգվածը, տարրական բյուրեղային ցանցի ատոմների թիվը և այս ցանցի տեսակը։
Օրինակ, վերցնենք երկաթի հաշվարկը։ Նրա ատոմի զանգվածը 55,847 ամու է։ Սենյակային պայմաններում արդուկն ունի 2,866 անգստրոմ պարամետրով bcc վանդակ: Քանի որ յուրաքանչյուր տարրական bcc խորանարդում կա երկու ատոմ, մենք ստանում ենք՝
ր=255, 8471, 6610-27 / (2, 8663 10 -30)=7,876 կգ/մ3
Եթե համեմատենք այս արժեքը առաջին աղյուսակի հետ, ապա կտեսնենք, որ դրանք տարբերվում են միայն երրորդ տասնորդական տեղում:
