La densité est une grandeur physique importante pour tout état global de la matière. Dans cet article, nous examinerons la question de savoir quelle est la densité des métaux, nous donnerons un tableau de ce paramètre pour les éléments chimiques et parlerons du métal le plus dense sur Terre.
De quelle caractéristique physique parlons-nous ?
La densité est une valeur qui caractérise la quantité d'une substance dans un volume connu. Selon cette définition, il peut être mathématiquement calculé comme suit:
ρ=m/V.
Désignez cette valeur avec la lettre grecque ρ (ro).
La densité est une caractéristique universelle car elle peut être utilisée pour comparer différents matériaux. Ce fait peut être utilisé pour les identifier, ce qu'a fait le philosophe grec Archimède, selon la légende (il a pu établir une fausse couronne d'or en mesurant la valeur de ρ pour celle-ci).
Ce paramètre pour un matériau particulier dépend de deux facteurs principaux:
- de la masse des atomes et des molécules qui composent la substance;
- à partir des distances interatomiques et intermoléculaires moyennes.
Par exemple, n'importe lequel des métaux de transition (or, fer, vanadium, tungstène) a une densité plus élevée que n'importe quel matériau carboné, puisque la masse de ce dernier atome est dix fois moindre. Un autre exemple. Le graphite et le diamant sont deux structures carbonées. Le second est plus dense, puisque les distances interatomiques dans son réseau sont plus petites.
Densité des métaux
C'est le plus grand groupe du tableau périodique de Mendeleïev. Un métal est une substance qui a une conductivité thermique et électrique élevée, un éclat de surface caractéristique lorsqu'elle est polie et la capacité de subir une déformation plastique.
Un tel élément chimique a une faible électronégativité par rapport à des substances telles que l'azote, l'oxygène et le carbone. Ce fait conduit au fait que les atomes métalliques dans les structures en vrac forment une liaison métallique les uns avec les autres. C'est une interaction électrique entre des bases ioniques chargées positivement et un gaz d'électrons négatifs.
Les atomes métalliques dans l'espace sont disposés sous la forme d'une structure ordonnée, appelée réseau cristallin. Il n'y a que trois types:
- cubique;
- BCC (corps cubique centré);
- HCP (hexagonal serré);
- FCC (cube à faces centrées).
La densité des métaux est une quantité physique qui dépend du type de réseau cristallin. Vous trouverez ci-dessous un tableau de ce paramètre pour tous les éléments chimiques en g / cm3, qui, dans des conditions normales, sont enétat solide.
D'après le tableau, il s'ensuit que la densité des métaux est une valeur qui varie dans une large gamme. Ainsi, le plus faible est le lithium qui, à volume égal, est deux fois plus léger que l'eau. La densité de l'osmium, un métal rare, est la plus élevée de la nature. C'est 22.59g/cm3.
Comment trouvez-vous la valeur ?
La densité des métaux est une caractéristique qui peut être définie de deux manières fondamentalement différentes:
- expérimental;
- théorique.
Les méthodes expérimentales sont les suivantes:
- Mesures directes du poids et du volume corporels. Ce dernier est facile à calculer si les paramètres géométriques du corps sont connus et que sa forme est idéale, par exemple un prisme, une pyramide ou une boule.
- Mesures hydrostatiques. Dans ce cas, des échelles spéciales sont utilisées, inventées par Galilée au XVIe siècle. Le principe de leur fonctionnement est assez simple: d'abord, un corps de densité inconnue est pesé dans l'air, puis dans un liquide (eau). Après cela, la valeur requise est calculée à l'aide d'une formule simple.
Quant à la méthode théorique de détermination de la densité des métaux, il s'agit d'une méthode assez simple qui nécessite la connaissance du type de réseau cristallin, de sa distance interatomique et de la masse de l'atome. Ensuite, en utilisant l'exemple de l'osmium, nous montrerons comment cette méthode est utilisée.
Densité du métal rare osmium
Iltrouvé à l'état de traces sur notre planète. Le plus souvent, on le trouve sous forme d'alliages avec l'iridium et le platine, ainsi que sous forme d'oxydes. L'osmium a un réseau hcp avec des paramètres a=2,7343 et c=4,32 angströms. La masse moyenne d'un atome est m=190,23 amu
Les nombres ci-dessus suffisent pour déterminer la valeur de ρ. Pour ce faire, utilisez la formule originale de la densité et tenez compte du fait qu'un prisme hexagonal contient six atomes. En conséquence, nous arrivons à la formule de travail:
ρ=4m/(√3a2c).
En substituant les chiffres écrits ci-dessus et en tenant compte de leurs dimensions, on arrive au résultat: ρ=22 579 kg/m3.
Ainsi, la masse volumique d'un métal rare est de 22,58 g/cm3, ce qui est égal à la valeur du tableau mesurée expérimentalement.
