الكثافة هي كمية مادية مهمة لأي حالة إجمالية للمادة. في هذه المقالة سوف ننظر في مسألة ما هي كثافة المعادن ، وسنقدم جدولاً لهذه المعلمة للعناصر الكيميائية ونتحدث عن أكثر المعادن كثافة على الأرض.
ما هي الصفة المادية التي نتحدث عنها؟
الكثافة هي القيمة التي تميز كمية المادة في الحجم المعروف. وفقًا لهذا التعريف ، يمكن حسابه رياضيًا على النحو التالي:
ρ=م / ف
عيّن هذه القيمة بالحرف اليوناني ρ (ro).
الكثافة هي خاصية عالمية لأنه يمكن استخدامها لمقارنة المواد المختلفة. يمكن استخدام هذه الحقيقة للتعرف عليهم ، وهو ما فعله الفيلسوف اليوناني أرخميدس وفقًا للأسطورة (تمكن من إنشاء تاج ذهبي مزيف بقياس قيمة ρ له).
تعتمد هذه المعلمة الخاصة بمادة معينة على عاملين رئيسيين:
- من كتلة الذرات والجزيئات التي تتكون منها المادة ؛
- من متوسط المسافات بين الذرية والجزيئية.
على سبيل المثال ، أي من المعادن الانتقالية (الذهب ، الحديد ، الفاناديوم ، التنجستن) له كثافة أعلى من أي مادة كربون ، لأن كتلة الذرة الأخيرة أقل بعشر مرات. مثال آخر. الجرافيت والماس نوعان من هياكل الكربون. والثاني أكثر كثافة ، لأن المسافات بين الذرات في شبكته أصغر.
كثافة المعادن
هذه هي أكبر مجموعة في الجدول الدوري لمندليف. المعدن هو أي مادة لها موصلية حرارية وكهربائية عالية ، وبريق سطحي مميز عند صقله ، والقدرة على الخضوع للتشوه البلاستيكي.
يحتوي هذا العنصر الكيميائي على كهرسلبية منخفضة مقارنة بمواد مثل النيتروجين والأكسجين والكربون. تؤدي هذه الحقيقة إلى حقيقة أن ذرات المعدن في الهياكل الكتلية تشكل رابطة معدنية مع بعضها البعض. إنه تفاعل كهربائي بين القواعد الأيونية موجبة الشحنة وغاز الإلكترون السالب.
ذرات المعادن في الفضاء مرتبة في شكل هيكل مرتب ، وهو ما يسمى بالشبكة البلورية. هناك ثلاثة أنواع فقط:
- مكعب ؛
- BCC (مكعب متمركز في الجسم) ؛
- HCP (معبأة سداسية قريبة) ؛
- FCC (مكعب متمركز على الوجه).
كثافة المعادن هي كمية مادية تعتمد على نوع الشبكة البلورية. يوجد أدناه جدول لهذه المعلمة لجميع العناصر الكيميائية في جم / سم3، والتي تكون في الظروف العاديةالحالة الصلبة.
يتبين من الجدول أن كثافة المعادن هي قيمة تختلف عبر نطاق واسع. لذا ، فإن الليثيوم هو الأضعف ، والذي ، بنفس الأحجام ، أخف مرتين من الماء. كثافة معدن الأوزميوم النادر هي الأعلى في الطبيعة. إنه 22.59g / cm3.
كيف تجد القيمة؟
كثافة المعادن هي خاصية يمكن تحديدها بطريقتين مختلفتين اختلافًا جوهريًا:
- تجريبي
- نظري
الطرق التجريبية كالتالي:
- قياسات مباشرة لوزن الجسم وحجمه. يسهل حساب الأخير إذا كانت المعلمات الهندسية للجسم معروفة ، وشكله مثالي ، على سبيل المثال ، المنشور أو الهرم أو الكرة.
- القياسات الهيدروستاتيكية. في هذه الحالة ، يتم استخدام موازين خاصة اخترعها جاليليو في القرن السادس عشر. مبدأ عملها بسيط للغاية: أولاً ، يتم وزن جسم مجهول الكثافة في الهواء ، ثم في سائل (ماء). بعد ذلك يتم حساب القيمة المطلوبة باستخدام معادلة بسيطة.
بالنسبة للطريقة النظرية لتحديد كثافة المعادن ، فهذه طريقة بسيطة إلى حد ما تتطلب معرفة نوع الشبكة البلورية والمسافة بين الذرية وكتلة الذرة. بعد ذلك ، باستخدام مثال الأوزميوم ، سنوضح كيف يتم استخدام هذه الطريقة.
كثافة معدن الأوزميوم النادر
هووجدت بكميات ضئيلة على كوكبنا. غالبًا ما توجد في شكل سبائك مع الإيريديوم والبلاتين ، وكذلك في شكل أكاسيد. يحتوي الأوزميوم على شبكة hcp مع المعلمات a=2.7343 و c=4.32 angstroms. متوسط كتلة ذرة واحدة م=190.23 وحدة دولية
الأرقام أعلاه كافية لتحديد قيمة ρ. للقيام بذلك ، استخدم الصيغة الأصلية للكثافة وخذ في الاعتبار أن المنشور السداسي يحتوي على ست ذرات. نتيجة لذلك ، نصل إلى صيغة العمل:
ρ=4م / (√3a2 ج).
استبدال الأرقام المكتوبة أعلاه مع مراعاة أبعادها ، نصل إلى النتيجة: ρ=22579 كجم / م3.
وبالتالي ، فإن كثافة المعدن النادر هي 22.58 جم / سم3، وهو ما يعادل قيمة الجدول المقاسة تجريبياً.
