Tankis yra svarbus fizinis dydis bet kokiai medžiagai. Šiame straipsnyje mes apsvarstysime klausimą, koks yra metalų tankis, pateiksime šio parametro lentelę cheminiams elementams ir pakalbėsime apie tankiausią metalą Žemėje.
Apie kokias fizines savybes mes kalbame?
Tankis yra reikšmė, apibūdinanti medžiagos kiekį žinomame tūryje. Pagal šį apibrėžimą jį galima matematiškai apskaičiuoti taip:
ρ=m/V.
Pažymėkite šią reikšmę graikiška raide ρ (ro).
Tankis yra universali charakteristika, nes ją galima naudoti skirtingoms medžiagoms palyginti. Šis faktas gali būti naudojamas joms identifikuoti, ką, pasak legendos, padarė graikų filosofas Archimedas (jis sugebėjo nustatyti netikrą auksinę karūną, išmatavęs jos ρ reikšmę).
Šis konkrečios medžiagos parametras priklauso nuo dviejų pagrindinių veiksnių:
- nuo atomų ir molekulių, sudarančių medžiagą, masės;
- iš vidutinių tarpatominių ir tarpmolekulinių atstumų.
Pavyzdžiui, bet kuris pereinamasis metalas (auksas, geležis, vanadis, volframas) turi didesnį tankį nei bet kurios anglies medžiagos, nes pastarojo atomo masė yra dešimt kartų mažesnė. Kitas pavyzdys. Grafitas ir deimantas yra dvi anglies struktūros. Antrasis yra tankesnis, nes jo gardelės tarpatominiai atstumai yra mažesni.
Metalų tankis
Tai didžiausia grupė Mendelejevo periodinėje lentelėje. Metalas yra bet kokia medžiaga, kuri pasižymi dideliu šilumos ir elektros laidumu, būdingu paviršiaus blizgesiu, kai jis yra poliruotas, ir gali patirti plastinę deformaciją.
Tokio cheminio elemento elektronegatyvumas yra mažas, palyginti su tokiomis medžiagomis kaip azotas, deguonis ir anglis. Šis faktas lemia tai, kad metalo atomai tūrinėse struktūrose sudaro metalinį ryšį vienas su kitu. Tai elektrinė sąveika tarp teigiamai įkrautų joninių bazių ir neigiamų elektronų dujų.
Metalo atomai erdvėje išsidėstę tvarkingos struktūros pavidalu, kuri vadinama kristaline gardele. Yra tik trys tipai:
- kubinis;
- BCC (kubinis korpusas centre);
- HCP (šešiakampis sandarus);
- FCC (į veidą orientuotas kubas).
Metalų tankis yra fizinis dydis, priklausantis nuo kristalinės gardelės tipo. Žemiau yra šio parametro lentelė visiems cheminiams elementams g / cm3, kurie normaliomis sąlygomis yrakietojo kūno.
Iš lentelės matyti, kad metalų tankis yra vertė, kuri kinta plačiame diapazone. Taigi, silpniausias yra litis, kuris tuo pačiu kiekiu yra du kartus lengvesnis už vandenį. Reto metalo osmio tankis yra didžiausias gamtoje. Tai 22,59 g/cm3.
Kaip rasti vertę?
Metalų tankis yra charakteristika, kurią galima apibrėžti dviem iš esmės skirtingais būdais:
- eksperimentinis;
- teorinis.
Eksperimentiniai metodai yra tokie:
- Tiesioginiai kūno svorio ir tūrio matavimai. Pastarąjį nesunku apskaičiuoti, jei žinomi kūno geometriniai parametrai, o jo forma ideali, pavyzdžiui, prizmė, piramidė ar rutulys.
- Hidrostatiniai matavimai. Šiuo atveju naudojamos specialios svarstyklės, kurias XVI amžiuje išrado Galilėjus. Jų veikimo principas gana paprastas: pirmiausia nežinomo tankio kūnas pasveriamas ore, o paskui – skystyje (vandenyje). Po to reikiama reikšmė apskaičiuojama naudojant paprastą formulę.
Kalbant apie teorinį metalų tankio nustatymo metodą, tai gana paprastas metodas, reikalaujantis žinių apie kristalinės gardelės tipą, tarpatominį atstumą joje ir atomo masę. Toliau, naudodami osmio pavyzdį, parodysime, kaip naudojamas šis metodas.
Reto metalo osmio tankis
Jismūsų planetoje randami nedideli kiekiai. Dažniausiai jis randamas lydinių su iridžiu ir platina, taip pat oksidų pavidalu. Osmium turi hcp gardelę, kurios parametrai a=2,7343 ir c=4,32 angstremo. Vidutinė vieno atomo masė yra m=190,23 amu
Aukščiau pateiktų skaičių pakanka ρ reikšmei nustatyti. Norėdami tai padaryti, naudokite pradinę tankio formulę ir atsižvelkite į tai, kad vienoje šešiakampėje prizmėje yra šeši atomai. Dėl to gauname darbo formulę:
ρ=4m/(√3a2c).
Pakeitę aukščiau parašytus skaičius ir atsižvelgdami į jų matmenis, gauname rezultatą: ρ=22 579 kg/m3.
Taigi, reto metalo tankis yra 22,58 g/cm3, tai lygu eksperimentiškai išmatuotai lentelės vertei.
