Кожен школяр, який знайомий з таблицею Менделєєва, знає, що кількість металів у ній становить більшу частину хімічних елементів. Однією з важливих фізичних характеристик для них є щільність. Розглянемо цю величину в статті і наведемо таблицю щільності металів і сплавів.
Що таке щільність
Якщо взяти однакові обсяги пластмаси і стали, то перша буде набагато легше, ніж друга. Навпаки, шматок пластмаси буде мати точно таку ж вагу, як шматок сталі, якщо він буде набагато більше за обсягом. Причиною зазначених розходжень є така фізична величина, як щільність. Формула для обчислення має наступний вигляд:
ρ = m/V.
Тут m – маса тіла, V – його об’єм. Грецька буква ρ (рв) часто використовується для позначення щільності. З формули слід, що одиницями вимірювання величини в СІ є кілограми на кубічний метр (кг/ м3). Також можуть використовуватися позасистемні одиниці, наприклад, г/ см3 або г/ л (для рідин).
Що таке метали
Перш ніж наводити таблицю щільності металів, пояснимо, про яку речовину йде мова. Металеві матеріали відрізняються від неметалів високими тепло – і електропровідністю і пластичністю. Це головні відмінні їх властивості. Також існують другорядні властивості, наприклад, наявність характерного металевого блиску, ковкість і низька электроотрицательность для їх атомів.
Усі метали при нормальних умовах перебувають у твердому вигляді. Виняток становить лише ртуть, для якої температура кристалізації становить -39oC. Твердий метал існує у вигляді кристалічної решітки. Остання являє собою сукупність атомів, які певним геометричним способом організовані в просторі. Будь чистий (однокомпонентний) металевий матеріал існує в одному з трьох типів кристалічних ґраток при даних умовах. Це такі решітки:
- Гранецентрированная кубічна (ГЦК).
- Об’ємно-центрована кубічна (ОЦК).
- Гексагональна плотноупакованная (ГПУ).
Якщо умови (температура, тиск) змінити, то метал може перейти з одного в інше кристалічний стан. Класичним прикладом є перехід ОЦК заліза в ГЦК, коли температура падає нижче 1392oC, або коли вона підвищується вище 911oC.
Таблиця щільності металів
Щільність металів визначається двома основними чинниками:
- Типом кристалічної решітки і межатомными відстанями в ній.
- Масою атома хімічного елемента.
Таблиця щільності металів та інших елементів наводиться нижче.
Тут наведені цифри в г/ см3. Щоб таблиця щільності металів в кг/ м3 виражалася, необхідно відповідну величину помножити на 1000. З таблиці видно, що метали володіють різною щільністю. Вони можуть бути легше води (натрій, літій, калій) або ж бути дуже важкими (іридій, осмій, платина, золото).
Густину сплавів
Сплави являють собою багатокомпонентні речовини, наприклад, сталь – це сплав заліза і вуглецю. Кристалічна структура сплавів є більш складною, ніж для чистих металів. Для сталі, яка складається з атомів заліза і вуглецю, існує кілька можливостей їх взаємного розташування (твердий розчин вуглецю в ОЦК або ГЦК залізі, освіта спеціальної фази – цементиту, освіта графітних включень та деякі інші).
Що стосується щільності сплавів, то в багатьох випадках її можна оцінити за такою простою формулою:
ρ = ∑imi/∑iVi.
Де i – номер компонента в сплаві. Якщо це вираз застосувати для двокомпонентного сплаву, то можна отримати наступну формулу:
ρ = ρ1*ρ2/(ρ1+x*(ρ2-ρ1)).
Де ρ1 і ρ2 – щільності відповідних компонент, x – масова частка першого компонента в сплаві. Вона визначається так:
x = m1/(m1 + m2).
Таблиця густини деяких сплавів в тоннах на метр кубічний наведена нижче.
Оскільки кожен сплав містить переважно один компонент (сталь – залізо, бронза – мідь, ніхром – нікель і так далі), то не дивно, що їх щільності близькі до відповідних величин для чистих металів.
