Los metales son elementos químicos que componen la mayor parte de la tabla periódica de D. I. Mendeleev. En este artículo, consideraremos una propiedad física tan importante como la densidad, y también daremos una tabla de la densidad de los metales en kg / m3.
Densidad de la materia
Antes de abordar la densidad de los metales en kg/m3, familiaricémonos con la cantidad física en sí. La densidad es la relación entre la masa corporal m y su volumen V en el espacio, que se puede escribir matemáticamente de la siguiente manera:
ρ=metro / V
El valor objeto de estudio suele denotarse con la letra del alfabeto griego ρ (ro).
Si diferentes partes del cuerpo tienen masas diferentes, entonces usando la fórmula escrita, puedes determinar la densidad promedio. En este caso, la densidad local puede diferir significativamente del promedio.
Como puede ver en la fórmula, el valor de ρ se expresa en kg/m3en el sistema SI. Caracteriza la cantidad de una sustancia que se coloca en una unidad de su volumen. Esta característica en muchos casos es el sello distintivo de las sustancias. Entonces, para diferentes metales, la densidad en kg / m3es diferente, lo que permite su identificación.
Metales y su densidad
Los materiales metálicos son sólidos a temperatura ambiente y presión atmosférica (el mercurio es la única excepción). Tienen alta plasticidad, conductividad eléctrica y térmica y tienen un brillo característico en el estado pulido de la superficie. Muchas propiedades de los metales están asociadas con la presencia de una red cristalina ordenada en la que los núcleos iónicos positivos se asientan en los nodos, conectados entre sí por medio de un gas de electrones negativos.
En cuanto a la densidad de los metales, varía mucho. Así, los menos densos son los metales alcalinos ligeros, como el litio, el potasio o el sodio. Por ejemplo, la densidad del litio es 534 kg/m3, que es casi la mitad que la del agua. Esto significa que las placas de litio, potasio y sodio no se hundirán en el agua. Por otro lado, los metales de transición como el renio, el osmio, el iridio, el platino y el oro tienen una densidad enorme, que es 20 o más veces la ρ del agua.
La siguiente tabla muestra la densidad de los metales. Todos los valores se refieren a temperatura ambiente en g/cm3. Si estos valores se multiplican por 1000, obtenemos ρ en kg/m3.
¿Por qué hay metales de alta densidad y metales de baja densidad? El hecho es que el valor de ρ para cada caso específico está determinado por dos principalesfactores:
- Característica de la red cristalina del metal. Si esta red contiene átomos en el empaquetamiento más denso, entonces su densidad macroscópica será mayor. Las redes FCC y hcp tienen el empaquetamiento más denso.
- Propiedades físicas del átomo metálico. Cuanto mayor sea su masa y menor el radio, mayor será el valor de ρ. Este factor explica por qué los metales de alta densidad son elementos químicos con un número alto en la tabla periódica.
Determinación experimental de la densidad
Supongamos que tenemos una pieza de metal desconocida. ¿Cómo puedes determinar su densidad? Recordando la fórmula para ρ, llegamos a la respuesta a la pregunta formulada. Para determinar la densidad del metal, basta con pesarlo en cualquier balanza y medir el volumen. Luego se debe dividir el primer valor por el segundo, recordando usar las unidades correctas.
Si la forma geométrica del cuerpo es compleja, no será fácil medir su volumen. En tales casos, puede utilizar la ley de Arquímedes, ya que el volumen del líquido desplazado cuando se sumerge el cuerpo será exactamente igual al volumen medido.
El método de los pesos hidrostáticos, inventado a fines del siglo XVI por Galileo, también se basa en el uso de la ley de Arquímedes. La esencia del método es medir el peso corporal en aire y luego en líquido. Si el primer valor se denota por P0, y el segundo por P1, entonces la densidad del metal en kg/m3 se calcula usando la siguiente fórmula:
ρ=P0 ρl / (P0 - P 1)
Donde ρl es la densidad del líquido.
Definición teórica de densidad
En la tabla anterior de las densidades de los elementos químicos, los metales para los que se da la densidad teórica están marcados en rojo. Estos elementos son radiactivos y se obtuvieron artificialmente en pequeñas cantidades. Estos factores hacen que sea difícil medir con precisión su densidad. Sin embargo, el valor de ρ se puede calcular con éxito.
El método de determinación teórica de la densidad es bastante simple. Para hacer esto, necesita conocer la masa de un átomo, el número de átomos en la red cristalina elemental y el tipo de esta red.
Por ejemplo, tomemos un cálculo para el hierro. Su átomo tiene una masa de 55.847 uma. El hierro en condiciones ambientales tiene una red bcc con un parámetro de 2,866 angstroms. Como hay dos átomos por cubo bcc elemental, obtenemos:
ρ=255, 8471, 6610-27 / (2, 8663 10 -30)=7,876 kg/m3
Si comparamos este valor con el de la tabla, podemos ver que difieren solo en el tercer decimal.
