Tous les étudiants qui connaissent le tableau périodique savent que la quantité de métaux qu'il contient constitue la plupart des éléments chimiques. L'une des caractéristiques physiques importantes pour eux est la densité. Considérez cette valeur dans l'article et donnez un tableau de la densité des métaux et alliages.
Qu'est-ce que la densité
Si vous prenez les mêmes volumes de plastique et d'acier, alors le premier sera beaucoup plus facile que le second. A l'inverse, un morceau de plastique aura exactement le même poids qu'un morceau d'acier s'il est beaucoup plus volumineux. La raison de ces différences est une quantité physique telle que la densité. La formule pour le calculer est la suivante:
ρ=m/V.
Ici m est la masse du corps, V est son volume. La lettre grecque ρ (rho) est souvent utilisée pour désigner la densité. Il découle de la formule que les unités de mesure en SI sont les kilogrammes par mètre cube (kg/m3). Des unités non systémiques peuvent également être utilisées, telles que g/cm3 ou g/l (pour les liquides).
Que sont les métaux
Avant de donner un tableau de la densité des métaux, expliquons de quelle substance nous parlons. Les matériaux métalliques diffèrent des non-métaux par leur conductivité thermique et électrique élevée et leur ductilité. Ce sont leurs principales caractéristiques distinctives. Il existe également des propriétés mineures, telles qu'un éclat métallique caractéristique, une malléabilité et une faible électronégativité pour leurs atomes.
Tous les métaux dans des conditions normales existent sous forme solide. La seule exception est le mercure, dont la température de cristallisation est de -39oC. Le métal solide existe sous la forme d'un réseau cristallin. Ce dernier est un ensemble d'atomes organisés dans l'espace d'une certaine manière géométrique. Tout matériau métallique pur (à un composant) existe dans l'un des trois types de réseaux cristallins dans des conditions données. Ce sont les grilles suivantes:
- Face Centered Cubic (FCC).
- Cubique centré sur le corps (BCC).
- Hexagonal serré (hcp).
Si les conditions (température, pression) changent, alors le métal peut passer d'un état cristallin à un autre. Un exemple classique est la transition du fer bcc à fcc lorsque la température descend en dessous de 1392oC, ou lorsqu'elle dépasse 911oC.
Tableau de densité des métaux
La densité des métaux est déterminée par deux facteurs principaux:
- Le type de réseau cristallin et les distances interatomiques qu'il contient.
- La masse d'un atomeélément chimique.
Le tableau de densité des métaux et autres éléments est donné ci-dessous.
Voici les chiffres en g/cm3. Pour que le tableau de densité des métaux soit exprimé en kg/m3, il faut multiplier la valeur correspondante par 1000. Le tableau montre que les métaux ont des densités très différentes. Ils peuvent être plus légers que l'eau (sodium, lithium, potassium) ou très lourds (iridium, osmium, platine, or).
Densité des alliages
Les alliages sont des substances à plusieurs composants, par exemple, l'acier est un alliage de fer et de carbone. La structure cristalline des alliages est plus complexe que celle des métaux purs. Pour l'acier, composé d'atomes de fer et de carbone, il existe plusieurs possibilités pour leur arrangement mutuel (solution solide de carbone dans du fer bcc ou fcc, formation d'une phase spéciale - cémentite, formation d'inclusions de graphite et quelques autres).
Quant à la densité des alliages, dans de nombreux cas, elle peut être estimée à l'aide de la formule simple suivante:
ρ=∑imi/∑iV i.
Où i est le numéro du composant dans l'alliage. Si cette expression est appliquée à un alliage à deux composants, alors la formule suivante peut être obtenue:
ρ=ρ1ρ2/(ρ1+x(ρ2-ρ1)).
Où ρ1 et ρ2 sont les densités des composants correspondants, x est la fraction massique du premier composant dans le alliage. Il est définidonc:
x=m1/(m1+ m2).
Le tableau de densité de certains alliages en tonnes par mètre cube est donné ci-dessous.
Comme chaque alliage contient majoritairement un composant (acier - fer, bronze - cuivre, nichrome - nickel, etc.), il n'est pas surprenant que leurs densités soient proches de celles des métaux purs.
