სიმკვრივე არის მნიშვნელოვანი ფიზიკური რაოდენობა მატერიის ნებისმიერი საერთო მდგომარეობისთვის. ამ სტატიაში განვიხილავთ კითხვას, თუ რა არის ლითონების სიმკვრივე, მივცემთ ამ პარამეტრის ცხრილს ქიმიურ ელემენტებზე და ვისაუბრებთ დედამიწაზე ყველაზე მკვრივ მეტალზე.
რომელ ფიზიკურ მახასიათებელზე ვსაუბრობთ?
სიმკვრივე არის მნიშვნელობა, რომელიც ახასიათებს ნივთიერების რაოდენობას ცნობილ მოცულობაში. ამ განმარტების მიხედვით, ის შეიძლება მათემატიკურად გამოითვალოს შემდეგნაირად:
ρ=m/V.
მინიშნეთ ეს მნიშვნელობა ბერძნული ასო ρ (ro).
სიმკვრივე უნივერსალური მახასიათებელია, რადგან მისი გამოყენება შესაძლებელია სხვადასხვა მასალის შესადარებლად. ეს ფაქტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მათი იდენტიფიცირებისთვის, რაც ლეგენდის მიხედვით გააკეთა ბერძენმა ფილოსოფოსმა არქიმედესმა (მან შეძლო ყალბი ოქროს გვირგვინის დადგენა ρ-ის მნიშვნელობის გაზომვით).
ეს პარამეტრი კონკრეტული მასალისთვის დამოკიდებულია ორ ძირითად ფაქტორზე:
- ატომებისა და მოლეკულების მასიდან, რომლებიც ქმნიან ნივთიერებას;
- საშუალო ატომთაშორისი და ინტერმოლეკულური მანძილიდან.
მაგალითად, ნებისმიერ გარდამავალ ლითონს (ოქრო, რკინა, ვანადიუმი, ვოლფრამი) აქვს უფრო მაღალი სიმკვრივე, ვიდრე ნებისმიერი ნახშირბადის მასალა, რადგან ამ უკანასკნელის ატომის მასა ათჯერ ნაკლებია. Სხვა მაგალითი. გრაფიტი და ბრილიანტი ნახშირბადის ორი სტრუქტურაა. მეორე უფრო მკვრივია, რადგან მის გისოსებში ატომთაშორისი მანძილი უფრო მცირეა.
მეტალების სიმკვრივე
ეს არის ყველაზე დიდი ჯგუფი მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში. ლითონი არის ნებისმიერი ნივთიერება, რომელსაც აქვს მაღალი თერმული და ელექტრული გამტარობა, ზედაპირის დამახასიათებელი ბზინვარება, როდესაც ის გაპრიალებულია და შეუძლია განიცადოს პლასტიკური დეფორმაცია.
ასეთ ქიმიურ ელემენტს აქვს დაბალი ელექტრონეგატიურობა ისეთ ნივთიერებებთან შედარებით, როგორიცაა აზოტი, ჟანგბადი და ნახშირბადი. ეს ფაქტი იწვევს იმ ფაქტს, რომ ლითონის ატომები ნაყარი სტრუქტურებში ქმნიან მეტალურ კავშირს ერთმანეთთან. ეს არის ელექტრული ურთიერთქმედება დადებითად დამუხტულ იონურ ფუძესა და უარყოფით ელექტრონულ გაზს შორის.
სივრცეში ლითონის ატომები განლაგებულია მოწესრიგებული სტრუქტურის სახით, რომელსაც კრისტალური გისოსი ეწოდება. არსებობს მხოლოდ სამი ტიპი:
- კუბური;
- BCC (სხეულის ცენტრში კუბური);
- HCP (ექვსკუთხა შეფუთული);
- FCC (სახეზე ორიენტირებული კუბური).
ლითონების სიმკვრივე არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც დამოკიდებულია ბროლის გისოსის ტიპზე. ქვემოთ მოცემულია ამ პარამეტრის ცხრილი ყველა ქიმიური ელემენტისთვის გ/სმ3-ში, რომლებიც ნორმალურ პირობებში არიანმყარი მდგომარეობა.
ცხრილიდან გამომდინარეობს, რომ ლითონების სიმკვრივე არის მნიშვნელობა, რომელიც მერყეობს ფართო დიაპაზონში. ასე რომ, ყველაზე სუსტი ლითიუმია, რომელიც იგივე მოცულობით ორჯერ მსუბუქია წყალზე. იშვიათი ლითონის ოსმიუმის სიმკვრივე ბუნებაში ყველაზე მაღალია. ეს არის 22,59 გ/სმ3.
როგორ იპოვით მნიშვნელობა?
ლითონების სიმკვრივე არის მახასიათებელი, რომელიც შეიძლება განისაზღვროს ორი ფუნდამენტურად განსხვავებული გზით:
- ექსპერიმენტული;
- თეორიული.
ექსპერიმენტული მეთოდები შემდეგია:
- სხეულის წონისა და მოცულობის პირდაპირი გაზომვები. ამ უკანასკნელის გამოთვლა ადვილია, თუ სხეულის გეომეტრიული პარამეტრები ცნობილია და მისი ფორმა იდეალურია, მაგალითად, პრიზმა, პირამიდა ან ბურთი.
- ჰიდროსტატიკური გაზომვები. ამ შემთხვევაში გამოიყენება სპეციალური სასწორები, რომელიც გამოიგონა გალილეომ მე-16 საუკუნეში. მათი მოქმედების პრინციპი საკმაოდ მარტივია: ჯერ უცნობი სიმკვრივის სხეული იწონება ჰაერში, შემდეგ კი სითხეში (წყალში). ამის შემდეგ, საჭირო მნიშვნელობა გამოითვლება მარტივი ფორმულის გამოყენებით.
რაც შეეხება ლითონების სიმკვრივის განსაზღვრის თეორიულ მეთოდს, ეს საკმაოდ მარტივი მეთოდია, რომელიც მოითხოვს ბროლის გისოსის ტიპის, მასში ატომთაშორისი მანძილისა და ატომის მასის ცოდნას. შემდეგ, ოსმიუმის მაგალითის გამოყენებით, ჩვენ ვაჩვენებთ, თუ როგორ გამოიყენება ეს მეთოდი.
იშვიათი ლითონის ოსმიუმის სიმკვრივე
ისნაპოვნია კვალი რაოდენობით ჩვენს პლანეტაზე. ყველაზე ხშირად ის გვხვდება ირიდიუმის და პლატინის შენადნობების სახით, ასევე ოქსიდების სახით. ოსმიუმს აქვს hcp გისოსი a=2,7343 და c=4,32 ანგსტრომი პარამეტრებით. ერთი ატომის საშუალო მასა არის m=190,23 amu
ზემოხსენებული რიცხვები საკმარისია ρ-ის მნიშვნელობის დასადგენად. ამისათვის გამოიყენეთ სიმკვრივის ორიგინალური ფორმულა და გაითვალისწინეთ, რომ ერთი ექვსკუთხა პრიზმა შეიცავს ექვს ატომს. შედეგად მივდივართ სამუშაო ფორმულამდე:
ρ=4მ/(√3a2გ).
ზემოთ დაწერილი ფიგურების ჩანაცვლებით და მათი ზომების გათვალისწინებით, მივიღებთ შედეგს: ρ=22 579 კგ/მ3..
ამგვარად, იშვიათი ლითონის სიმკვრივეა 22,58 გ/სმ3, რაც უდრის ექსპერიმენტულად გაზომილი ცხრილის მნიშვნელობას.
