Densité des métaux en kg/m3 : tableau. Détermination expérimentale et théorique de la densité

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-02 17:46

Les métaux sont des éléments chimiques qui composent la majeure partie du tableau périodique de D. I. Mendeleïev. Dans cet article, nous considérerons une propriété physique aussi importante que la densité et donnerons également un tableau de la densité des métaux en kg / m3.

Densité de la matière

Avant de traiter de la densité des métaux en kg/m3, familiarisons-nous avec la grandeur physique elle-même. La densité est le rapport de la masse corporelle m à son volume V dans l'espace, qui peut s'écrire mathématiquement comme suit:

ρ=m / V

La valeur étudiée est généralement désignée par la lettre de l'alphabet grec ρ (ro).

Si différentes parties du corps ont des masses différentes, alors en utilisant la formule écrite, vous pouvez déterminer la densité moyenne. Dans ce cas, la densité locale peut différer considérablement de la moyenne.

Comme vous pouvez le voir dans la formule, la valeur de ρ est exprimée en kg/m3dans le système SI. Il caractérise la quantité d'une substance qui est placée dans une unité de son volume. Cette caractéristique est dans de nombreux cas la marque des substances. Ainsi, pour différents métaux, la masse volumique en kg/m3est différent, ce qui permet de les identifier.

Les métaux et leur densité

Les matériaux métalliques sont des solides à température ambiante et à pression atmosphérique (le mercure est la seule exception). Ils ont une plasticité élevée, une conductivité électrique et thermique et ont un éclat caractéristique à l'état poli de la surface. De nombreuses propriétés des métaux sont associées à la présence d'un réseau cristallin ordonné dans lequel des noyaux ioniques positifs siègent aux nœuds, connectés les uns aux autres au moyen d'un gaz d'électrons négatifs.

Quant à la densité des métaux, elle varie considérablement. Ainsi, les moins denses sont les métaux légers alcalins, tels que le lithium, le potassium ou le sodium. Par exemple, la densité du lithium est de 534 kg/m3, soit près de la moitié de celle de l'eau. Cela signifie que les plaques de lithium, de potassium et de sodium ne couleront pas dans l'eau. D'autre part, les métaux de transition tels que le rhénium, l'osmium, l'iridium, le platine et l'or ont une densité énorme, qui est de 20 fois ou plus le ρ de l'eau.

Le tableau ci-dessous montre la densité des métaux. Toutes les valeurs se réfèrent à la température ambiante en g/cm³. Si ces valeurs sont multipliées par 1 000, on obtient alors ρ en kg/m^3.

Pourquoi y a-t-il des métaux à haute densité et des métaux à faible densité ? Le fait est que la valeur de ρ pour chaque cas spécifique est déterminée par deux principauxfacteurs:

1. Caractéristique du réseau cristallin du métal. Si ce réseau contient des atomes dans le garnissage le plus dense, alors sa densité macroscopique sera plus élevée. Les réseaux FCC et hcp ont le garnissage le plus dense.
2. Propriétés physiques de l'atome de métal. Plus sa masse est grande et plus son rayon est petit, plus la valeur de ρ est élevée. Ce facteur explique pourquoi les métaux à haute densité sont des éléments chimiques avec un nombre élevé dans le tableau périodique.

Détermination expérimentale de la densité

Supposons que nous ayons un morceau de métal inconnu. Comment déterminer sa densité ? En rappelant la formule de ρ, nous arrivons à la réponse à la question posée. Pour déterminer la densité du métal, il suffit de le peser sur n'importe quelle balance et d'en mesurer le volume. Ensuite, la première valeur doit être divisée par la seconde, en n'oubliant pas d'utiliser les bonnes unités.

Si la forme géométrique du corps est complexe, il ne sera pas facile de mesurer son volume. Dans de tels cas, vous pouvez utiliser la loi d'Archimède, car le volume du liquide déplacé lorsque le corps est immergé sera exactement égal au volume mesuré.

La méthode des poids hydrostatiques, inventée à la fin du XVIe siècle par Galilée, repose également sur l'utilisation de la loi d'Archimède. L'essence de la méthode est de mesurer le poids corporel dans l'air puis dans le liquide. Si la première valeur est désignée par P₀, et la seconde par P_{1, alors la densité du métal en kg/m3 est calculée à l'aide de ce qui suit formule:}

ρ=P₀ ρ_l / (P₀ - P 1₎

Où ρ_{l est la densité du liquide.}

Définition théorique de la densité

Dans le tableau ci-dessus des densités des éléments chimiques, les métaux pour lesquels la densité théorique est donnée sont marqués en rouge. Ces éléments sont radioactifs et ils ont été obtenus artificiellement en petites quantités. Ces facteurs rendent difficile la mesure précise de leur densité. Cependant, la valeur de ρ peut être calculée avec succès.

La méthode de détermination théorique de la densité est assez simple. Pour ce faire, vous devez connaître la masse d'un atome, le nombre d'atomes dans le réseau cristallin élémentaire et le type de ce réseau.

Par exemple, prenons un calcul pour le fer. Son atome a une masse de 55,847 amu. Le fer dans des conditions ambiantes a un réseau bcc avec un paramètre de 2,866 angströms. Puisqu'il y a deux atomes par cube élémentaire bcc, on obtient:

ρ=255, 8471, 6610^-27 / (2, 866³ 10 -30^{)=7,876 kg/m}3

Si nous comparons cette valeur avec celle du tableau, nous pouvons voir qu'elles ne diffèrent que par la troisième décimale.