المعادن هي عناصر كيميائية تشكل معظم الجدول الدوري لـ D. I. Mendeleev. في هذه المقالة ، سننظر في خاصية فيزيائية مهمة مثل الكثافة ، وسنقدم أيضًا جدولاً لكثافة المعادن بالكيلو جرام / م 3.
كثافة المادة
قبل أن نتعامل مع كثافة المعادن بالكيلو جرام / م 3 ، دعونا نتعرف على الكمية الفيزيائية نفسها. الكثافة هي نسبة كتلة الجسم م إلى حجمه في الفضاء ، والتي يمكن كتابتها رياضيًا على النحو التالي:
ρ=م / ف
عادة ما يتم الإشارة إلى القيمة قيد الدراسة بحرف الأبجدية اليونانية ρ (ro).
إذا كانت لأجزاء مختلفة من الجسم كتل مختلفة ، فعندئذٍ باستخدام الصيغة المكتوبة ، يمكنك تحديد متوسط الكثافة. في هذه الحالة ، قد تختلف الكثافة المحلية بشكل كبير عن المتوسط.
كما ترى من الصيغة ، يتم التعبير عن قيمة ρ بالكيلو جرام / م3في نظام SI. يميز كمية المادة التي يتم وضعها في وحدة من حجمها. هذه الخاصية في كثير من الحالات هي السمة المميزة للمواد. لذلك ، بالنسبة للمعادن المختلفة ، فإن الكثافة بالكيلو جرام / م 3مختلف ، مما يسمح بتحديد هويتهم.
المعادن وكثافتها
المواد المعدنية هي مواد صلبة في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي (الزئبق هو الاستثناء الوحيد). تتميز باللدونة العالية والتوصيل الكهربائي والحراري ولها بريق مميز في حالة السطح المصقول. ترتبط العديد من خصائص المعادن بوجود شبكة بلورية مرتبة حيث توجد نوى أيونية موجبة عند العقد ، متصلة ببعضها البعض عن طريق غاز إلكترون سالب.
بالنسبة لكثافة المعادن ، فهي تختلف بشكل كبير. لذلك ، فإن أقل المعادن كثافة هي الفلزات القلوية الخفيفة ، مثل الليثيوم أو البوتاسيوم أو الصوديوم. على سبيل المثال ، كثافة الليثيوم هي 534 كجم / م3، أي ما يقرب من نصف كثافة الماء. هذا يعني أن ألواح الليثيوم والبوتاسيوم والصوديوم لن تغرق في الماء. من ناحية أخرى ، تتمتع المعادن الانتقالية مثل الرينيوم والأوزميوم والإيريديوم والبلاتين والذهب بكثافة هائلة تبلغ 20 مرة أو أكثر من ρ من الماء.
يوضح الجدول أدناه كثافة المعادن. تشير جميع القيم إلى درجة حرارة الغرفة بوحدة جم / سم3. إذا تم ضرب هذه القيم في 1000 ، فسنحصل على ρ بالكيلو جرام / م3.
لماذا توجد معادن عالية الكثافة ومعادن منخفضة الكثافة؟ الحقيقة هي أن قيمة ρ لكل حالة محددة يتم تحديدها من خلال اثنين رئيسيينالعوامل:
- ميزة الشبكة البلورية للمعدن. إذا كانت هذه الشبكة تحتوي على ذرات في التعبئة الأكثر كثافة ، فستكون كثافتها العيانية أعلى. المشابك FCC و hcp لديها التعبئة الأكثر كثافة.
- الخصائص الفيزيائية لذرة المعدن. كلما زادت كتلته وصغر نصف قطره ، زادت قيمة ρ. يفسر هذا العامل سبب كون المعادن عالية الكثافة عناصر كيميائية ذات رقم مرتفع في الجدول الدوري.
التحديد التجريبي للكثافة
افترض أن لدينا قطعة من المعدن غير المعروف. كيف يمكنك تحديد كثافته؟ بتذكر صيغة ، نصل إلى إجابة السؤال المطروح. لتحديد كثافة المعدن ، يكفي وزنه على أي ميزان وقياس الحجم. ثم يجب قسمة القيمة الأولى على الثانية ، مع تذكر استخدام الوحدات الصحيحة.
إذا كان الشكل الهندسي للجسم معقدًا ، فلن يكون من السهل قياس حجمه. في مثل هذه الحالات ، يمكنك استخدام قانون أرخميدس ، لأن حجم السائل المزاح عندما يكون الجسم مغمورًا سيكون مساويًا تمامًا للحجم المقاس.
طريقة الأوزان الهيدروستاتيكية ، التي اخترعها غاليليو في نهاية القرن السادس عشر ، تعتمد أيضًا على استخدام قانون أرخميدس. جوهر هذه الطريقة هو قياس وزن الجسم في الهواء ثم في السائل. إذا تم الإشارة إلى القيمة الأولى بواسطة P0، والثانية بواسطة P1، ثم يتم حساب كثافة المعدن بالكيلو جرام / م 3 باستخدام ما يلي الصيغة:
ρ=P0 ρl/ (P0- P 1 )
حيث ρlهي كثافة السائل.
التعريف النظري للكثافة
في الجدول أعلاه لكثافة العناصر الكيميائية ، تم تحديد المعادن التي تم تحديد الكثافة النظرية لها باللون الأحمر. هذه العناصر مشعة ، وتم الحصول عليها بشكل مصطنع وبكميات صغيرة. هذه العوامل تجعل من الصعب قياس كثافتها بدقة. ومع ذلك ، يمكن حساب قيمة ρ بنجاح.
طريقة التحديد النظري للكثافة بسيطة للغاية. للقيام بذلك ، تحتاج إلى معرفة كتلة ذرة واحدة ، وعدد الذرات في الشبكة البلورية الأولية ونوع هذه الشبكة.
على سبيل المثال ، لنأخذ حساب الحديد. كتلة ذرتها 55.847 amu. يحتوي الحديد في ظروف الغرفة على شبكة شعرية مخفية الوجهة مع معلمة 2.866 أنجستروم. نظرًا لوجود ذرتين لكل مكعب أولي ، نحصل على:
ρ=255، 8471، 6610-27/ (2، 8663 10-30 )=7.876 كجم / م3
إذا قارنا هذه القيمة بالجدول الأول ، يمكننا أن نرى أنها تختلف فقط في المكان العشري الثالث.
