La densidad es una cantidad física importante para cualquier estado agregado de la materia. En este artículo, consideraremos la cuestión de cuál es la densidad de los metales, daremos una tabla de este parámetro para los elementos químicos y hablaremos sobre el metal más denso de la Tierra.
¿De qué característica física estamos hablando?
La densidad es un valor que caracteriza la cantidad de una sustancia en un volumen conocido. De acuerdo con esta definición, se puede calcular matemáticamente de la siguiente manera:
ρ=m/V.
Designe este valor con la letra griega ρ (ro).
La densidad es una característica universal porque se puede usar para comparar diferentes materiales. Este hecho se puede utilizar para identificarlos, que es lo que hizo el filósofo griego Arquímedes, según la leyenda (pudo establecer una corona de oro falsa midiendo el valor de ρ para ella).
Este parámetro para un material en particular depende de dos factores principales:
- de la masa de los átomos y moléculas que componen la sustancia;
- a partir de distancias interatómicas e intermoleculares promedio.
Por ejemplo, cualquiera de los metales de transición (oro, hierro, vanadio, tungsteno) tiene una densidad mayor que cualquier material de carbono, ya que la masa de este último átomo es diez veces menor. Otro ejemplo. El grafito y el diamante son dos estructuras de carbono. El segundo es más denso, ya que las distancias interatómicas en su red son más pequeñas.
Densidad de los metales
Este es el grupo más grande en la tabla periódica de Mendeleev. Un metal es cualquier sustancia que tiene una alta conductividad térmica y eléctrica, un brillo superficial característico cuando se pule y la capacidad de sufrir deformación plástica.
Tal elemento químico tiene una electronegatividad baja en comparación con sustancias como el nitrógeno, el oxígeno y el carbono. Este hecho lleva al hecho de que los átomos de metal en estructuras a granel forman un enlace metálico entre sí. Es una interacción eléctrica entre bases iónicas cargadas positivamente y un gas de electrones negativos.
Los átomos de metal en el espacio están dispuestos en forma de una estructura ordenada, que se denomina red cristalina. Solo hay tres tipos:
- cúbico;
- BCC (cúbica centrada en el cuerpo);
- HCP (hexagonal compacto);
- FCC (cúbica centrada en las caras).
La densidad de los metales es una cantidad física que depende del tipo de red cristalina. A continuación se muestra una tabla de este parámetro para todos los elementos químicos en g/cm3, que en condiciones normales se encuentran enestado sólido.
De la tabla se deduce que la densidad de los metales es un valor que varía en un amplio rango. Entonces, el más débil es el litio, que, con los mismos volúmenes, es dos veces más liviano que el agua. La densidad del raro metal osmio es la más alta de la naturaleza. Es 22,59 g/cm3.
¿Cómo encuentras el valor?
La densidad de los metales es una característica que se puede definir de dos maneras fundamentalmente diferentes:
- experimental;
- teórico.
Los métodos experimentales son los siguientes:
- Medidas directas de peso y volumen corporal. Este último es fácil de calcular si se conocen los parámetros geométricos del cuerpo y su forma es ideal, por ejemplo, un prisma, una pirámide o una bola.
- Medidas hidrostáticas. En este caso se utilizan balanzas especiales, inventadas por Galileo en el siglo XVI. El principio de su funcionamiento es bastante simple: primero, se pesa un cuerpo de densidad desconocida en el aire y luego en un líquido (agua). Después de eso, el valor requerido se calcula usando una fórmula simple.
En cuanto al método teórico para determinar la densidad de los metales, este es un método bastante simple que requiere el conocimiento del tipo de red cristalina, la distancia interatómica en ella y la masa del átomo. A continuación, usando el ejemplo del osmio, mostraremos cómo se usa este método.
Densidad del raro metal osmio
Élse encuentra en pequeñas cantidades en nuestro planeta. La mayoría de las veces se encuentra en forma de aleaciones con iridio y platino, así como en forma de óxidos. El osmio tiene una red hcp con parámetros a=2,7343 yc=4,32 angstroms. La masa promedio de un átomo es m=190.23 amu
Los números anteriores son suficientes para determinar el valor de ρ. Para ello, utiliza la fórmula original de la densidad y ten en cuenta que un prisma hexagonal contiene seis átomos. Como resultado, llegamos a la fórmula de trabajo:
ρ=4m/(√3a2c).
Sustituyendo las cifras escritas arriba y teniendo en cuenta sus dimensiones, llegamos al resultado: ρ=22 579 kg/m3.
Por lo tanto, la densidad de un metal raro es 22,58 g/cm3, que es igual al valor de tabla medido experimentalmente.
