Densidade é uma quantidade física importante para qualquer estado agregado da matéria. Neste artigo, consideraremos a questão de qual é a densidade dos metais, forneceremos uma tabela desse parâmetro para elementos químicos e falaremos sobre o metal mais denso da Terra.
De que característica física estamos falando?
Densidade é um valor que caracteriza a quantidade de uma substância em um volume conhecido. De acordo com esta definição, pode ser calculado matematicamente da seguinte forma:
ρ=m/V.
Designe este valor com a letra grega ρ (ro).
A densidade é uma característica universal porque pode ser usada para comparar diferentes materiais. Este fato pode ser usado para identificá-los, que é o que o filósofo grego Arquimedes fez, segundo a lenda (ele conseguiu estabelecer uma falsa coroa de ouro medindo o valor de ρ para ela).
Este parâmetro para um determinado material depende de dois fatores principais:
- da massa dos átomos e moléculas que compõem a substância;
- de distâncias interatômicas e intermoleculares médias.
Por exemplo, qualquer um dos metais de transição (ouro, ferro, vanádio, tungstênio) tem uma densidade maior do que qualquer material de carbono, já que a massa do último átomo é dez vezes menor. Outro exemplo. Grafite e diamante são duas estruturas de carbono. A segunda é mais densa, pois as distâncias interatômicas em sua rede são menores.
Densidade dos metais
Este é o maior grupo da tabela periódica de Mendeleev. Um metal é qualquer substância que tenha alta condutividade térmica e elétrica, um brilho de superfície característico quando polido e a capacidade de sofrer deformação plástica.
Tal elemento químico tem baixa eletronegatividade em comparação com substâncias como nitrogênio, oxigênio e carbono. Este fato leva ao fato de que os átomos de metal em estruturas a granel formam uma ligação metálica uns com os outros. É uma interação elétrica entre bases iônicas carregadas positivamente e um gás de elétrons negativos.
Os átomos de metal no espaço estão dispostos na forma de uma estrutura ordenada, que é chamada de rede cristalina. Existem apenas três tipos:
- cúbico;
- BCC (corpo centrado cúbico);
- HCP (hexagonal compacto);
- FCC (cúbica de face centrada).
A densidade dos metais é uma grandeza física que depende do tipo de rede cristalina. Abaixo está uma tabela deste parâmetro para todos os elementos químicos em g/cm3, que em condições normais estão emestado sólido.
A partir da tabela, segue-se que a densidade dos metais é um valor que varia em uma ampla faixa. Assim, o mais fraco é o lítio, que, com os mesmos volumes, é duas vezes mais leve que a água. A densidade do raro metal ósmio é a mais alta da natureza. É 22,59g/cm3.
Como você encontra o valor?
A densidade dos metais é uma característica que pode ser definida de duas maneiras fundamentalmente diferentes:
- experimental;
- teórico.
Os métodos experimentais são os seguintes:
- Medidas diretas de peso e volume corporal. Este último é fácil de calcular se os parâmetros geométricos do corpo forem conhecidos e sua forma for ideal, por exemplo, um prisma, uma pirâmide ou uma bola.
- Medições hidrostáticas. Neste caso, são utilizadas escalas especiais, inventadas por Galileu no século XVI. O princípio de seu funcionamento é bastante simples: primeiro, um corpo de densidade desconhecida é pesado no ar e depois em um líquido (água). Depois disso, o valor necessário é calculado usando uma fórmula simples.
Quanto ao método teórico para determinar a densidade dos metais, este é um método bastante simples que requer conhecimento do tipo de rede cristalina, a distância interatômica nela e a massa do átomo. A seguir, usando o exemplo do osmium, mostraremos como esse método é usado.
Densidade do raro metal ósmio
Eleencontrados em quantidades vestigiais em nosso planeta. Na maioria das vezes, é encontrado na forma de ligas com irídio e platina, bem como na forma de óxidos. Osmium tem uma rede hcp com parâmetros a=2,7343 ec=4,32 angstroms. A massa média de um átomo é m=190,23 amu
Os números acima são suficientes para determinar o valor de ρ. Para fazer isso, use a fórmula original para a densidade e leve em consideração que um prisma hexagonal contém seis átomos. Como resultado, chegamos à fórmula de trabalho:
ρ=4m/(√3a2c).
Substituindo as figuras acima e levando em consideração suas dimensões, chegamos ao resultado: ρ=22 579 kg/m3.
Assim, a densidade de um metal raro é 22,58 g/cm3, que é igual ao valor da tabela medido experimentalmente.
