ლითონების სიმკვრივე კგ/მ3: ცხრილი. სიმკვრივის ექსპერიმენტული და თეორიული განსაზღვრა

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-02 17:50

მეტალები ქიმიური ელემენტებია, რომლებიც შეადგენენ დ.ი.მენდელეევის პერიოდული ცხრილის უმეტეს ნაწილს. ამ სტატიაში განვიხილავთ ისეთ მნიშვნელოვან ფიზიკურ თვისებას, როგორიცაა სიმკვრივე და ასევე მივცემთ ლითონების სიმკვრივის ცხრილს კგ/მ3-ში.

მატერიის სიმკვრივე

სანამ ლითონების სიმკვრივეს კგ/მ3-ში შევეხებით, გავეცნოთ თავად ფიზიკურ რაოდენობას. სიმკვრივე არის m სხეულის მასის თანაფარდობა მის მოცულობასთან V სივრცეში, რომელიც მათემატიკურად შეიძლება ჩაიწეროს შემდეგნაირად:

ρ=მ / V

შესწავლილი მნიშვნელობა ჩვეულებრივ აღინიშნება ბერძნული ანბანის ასოთი ρ (ro).

თუ სხეულის სხვადასხვა ნაწილს განსხვავებული მასა აქვს, მაშინ დაწერილი ფორმულის გამოყენებით შეგიძლიათ განსაზღვროთ საშუალო სიმკვრივე. ამ შემთხვევაში, ადგილობრივი სიმკვრივე შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს საშუალოდან.

როგორც ფორმულიდან ხედავთ, ρ-ის მნიშვნელობა გამოიხატება კგ/მ3 SI სისტემაში. იგი ახასიათებს ნივთიერების რაოდენობას, რომელიც მოთავსებულია მისი მოცულობის ერთეულში. ეს მახასიათებელი ხშირ შემთხვევაში არის ნივთიერებების დამახასიათებელი ნიშანი. ასე რომ, სხვადასხვა ლითონებისთვის, სიმკვრივე კგ / მ3-შიგანსხვავებულია, რაც მათ იდენტიფიცირების საშუალებას აძლევს.

მეტალები და მათი სიმკვრივე

მეტალის მასალები არის მყარი ოთახის ტემპერატურაზე და ატმოსფერულ წნევაზე (მერკური ერთადერთი გამონაკლისია). მათ აქვთ მაღალი პლასტიურობა, ელექტრული და თბოგამტარობა და აქვთ დამახასიათებელი ბზინვარება ზედაპირის გაპრიალებულ მდგომარეობაში. ლითონების მრავალი თვისება დაკავშირებულია მოწესრიგებული კრისტალური მედის არსებობასთან, რომელშიც დადებითი იონური ბირთვები დგანან კვანძებთან, რომლებიც ერთმანეთთან დაკავშირებულია უარყოფითი ელექტრონის გაზის საშუალებით.

რაც შეეხება ლითონების სიმკვრივეს, ის ძალიან განსხვავდება. ასე რომ, ყველაზე ნაკლებად მკვრივია ტუტე მსუბუქი ლითონები, როგორიცაა ლითიუმი, კალიუმი ან ნატრიუმი. მაგალითად, ლითიუმის სიმკვრივეა 534 კგ/მ3, რაც წყლის თითქმის ნახევარია. ეს ნიშნავს, რომ ლითიუმის, კალიუმის და ნატრიუმის ფირფიტები წყალში არ ჩაიძირება. მეორეს მხრივ, გარდამავალ ლითონებს, როგორიცაა რენიუმი, ოსმიუმი, ირიდიუმი, პლატინა და ოქრო, აქვთ უზარმაზარი სიმკვრივე, რაც 20-ჯერ აღემატება ρ წყალს..

ქვემოთ მოცემული ცხრილი გვიჩვენებს ლითონების სიმკვრივეს. ყველა მნიშვნელობა ეხება ოთახის ტემპერატურას გ/სმ³. თუ ეს მნიშვნელობები გამრავლებულია 1000-ზე, მაშინ მივიღებთ ρ კგ/მ^3.

რატომ არსებობს მაღალი სიმკვრივის და დაბალი სიმკვრივის ლითონები? ფაქტია, რომ ρ-ის მნიშვნელობა თითოეული კონკრეტული შემთხვევისთვის განისაზღვრება ორი ძირითადითფაქტორები:

1. მეტალის ბროლის გისოსის თვისება. თუ ეს გისოსი შეიცავს ატომებს ყველაზე მკვრივ შეფუთვაში, მაშინ მისი მაკროსკოპული სიმკვრივე უფრო მაღალი იქნება. FCC და hcp გისოსებს აქვთ ყველაზე მკვრივი შეფუთვა.
2. მეტალის ატომის ფიზიკური თვისებები. რაც უფრო დიდია მისი მასა და რაც უფრო მცირეა რადიუსი, მით უფრო მაღალია ρ-ის მნიშვნელობა. ეს ფაქტორი ხსნის, თუ რატომ არის მაღალი სიმკვრივის ლითონები ქიმიური ელემენტები, რომლებსაც აქვთ მაღალი რიცხვი პერიოდულ სისტემაში.

სიმკვრივის ექსპერიმენტული განსაზღვრა

ვთქვათ, რომ გვაქვს უცნობი ლითონის ნაჭერი. როგორ შეგიძლიათ განსაზღვროთ მისი სიმკვრივე? ρ-ის ფორმულის გახსენებით, მივდივართ დასმულ კითხვაზე პასუხამდე. ლითონის სიმკვრივის დასადგენად საკმარისია აწონოთ იგი ნებისმიერ ბალანსზე და გავზომოთ მოცულობა. შემდეგ პირველი მნიშვნელობა უნდა გაიყოს მეორეზე, არ დაგავიწყდეთ სწორი ერთეულების გამოყენება.

თუ სხეულის გეომეტრიული ფორმა რთულია, მაშინ მისი მოცულობის გაზომვა ადვილი არ იქნება. ასეთ შემთხვევებში შეგიძლიათ გამოიყენოთ არქიმედეს კანონი, რადგან სხეულის ჩაძირვისას გადაადგილებული სითხის მოცულობა ზუსტად იქნება გაზომილი მოცულობის ტოლი.

ჰიდროსტატიკური წონის მეთოდი, რომელიც გამოიგონა გალილეომ მე-16 საუკუნის ბოლოს, ასევე ეფუძნება არქიმედეს კანონის გამოყენებას. მეთოდის არსი არის სხეულის წონის გაზომვა ჰაერში და შემდეგ სითხეში. თუ პირველი მნიშვნელობა აღინიშნება P₀-ით, ხოლო მეორე P_{1-ით, მაშინ ლითონის სიმკვრივე კგ/მ3 გამოითვლება შემდეგით. ფორმულა:}

ρ=P₀ ρ_ლ / (P₀ - P 1₎

სადაც ρ_{l არის სითხის სიმკვრივე.}

სიმკვრივის თეორიული განმარტება

ქიმიური ელემენტების სიმკვრივის ზემოთ მოცემულ ცხრილში წითლად არის მონიშნული ლითონები, რომლებზეც თეორიული სიმკვრივეა მოცემული. ეს ელემენტები რადიოაქტიურია და ისინი ხელოვნურად მიიღეს მცირე რაოდენობით. ეს ფაქტორები ართულებს მათი სიმკვრივის ზუსტად გაზომვას. თუმცა, ρ-ის მნიშვნელობა წარმატებით შეიძლება გამოითვალოს.

სიმკვრივის თეორიული განსაზღვრის მეთოდი საკმაოდ მარტივია. ამისათვის თქვენ უნდა იცოდეთ ერთი ატომის მასა, ელემენტარული კრისტალური მედის ატომების რაოდენობა და ამ გისოსის ტიპი.

მაგალითად, ავიღოთ რკინის გაანგარიშება. მისი ატომის მასა 55,847 ამუა. ოთახის პირობებში რკინას აქვს bcc გისოსი 2,866 ანგსტრომის პარამეტრით. ვინაიდან ელემენტარული bcc კუბზე ორი ატომია, მივიღებთ:

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

თუ ამ მნიშვნელობას შევადარებთ ცხრილის პირველს, დავინახავთ, რომ ისინი განსხვავდებიან მხოლოდ მესამე ათწილადში.