Densidade dos metais em kg/m3: tabela. Determinação experimental e teórica da densidade

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 17:54

Metais são elementos químicos que compõem a maior parte da tabela periódica de D. I. Mendeleev. Neste artigo, consideraremos uma propriedade física tão importante quanto a densidade e também forneceremos uma tabela da densidade dos metais em kg / m3.

Densidade da matéria

Antes de tratarmos da densidade dos metais em kg/m3, vamos nos familiarizar com a própria quantidade física. A densidade é a razão entre a massa do corpo m e seu volume V no espaço, que pode ser escrita matematicamente da seguinte forma:

ρ=m / V

O valor em estudo é normalmente denotado pela letra do alfabeto grego ρ (ro).

Se diferentes partes do corpo têm massas diferentes, então, usando a fórmula escrita, você pode determinar a densidade média. Nesse caso, a densidade local pode diferir significativamente da média.

Como você pode ver pela fórmula, o valor de ρ é expresso em kg/m3no sistema SI. Caracteriza a quantidade de uma substância que é colocada em uma unidade de seu volume. Essa característica em muitos casos é a marca registrada das substâncias. Assim, para diferentes metais, a densidade em kg/m3é diferente, permitindo que sejam identificados.

Metais e sua densidade

Os materiais metálicos são sólidos à temperatura ambiente e à pressão atmosférica (o mercúrio é a única exceção). Possuem alta plasticidade, condutividade elétrica e térmica e possuem brilho característico no estado polido da superfície. Muitas propriedades dos metais estão associadas à presença de uma rede cristalina ordenada na qual núcleos iônicos positivos ficam nos nós, conectados uns aos outros por meio de um gás de elétrons negativos.

Quanto à densidade dos metais, ela varia muito. Assim, os menos densos são os metais leves alcalinos, como lítio, potássio ou sódio. Por exemplo, a densidade do lítio é 534 kg/m3, que é quase metade da da água. Isso significa que as placas de lítio, potássio e sódio não afundarão na água. Por outro lado, metais de transição como rênio, ósmio, irídio, platina e ouro têm uma densidade enorme, que é 20 ou mais vezes o ρ da água.

A tabela abaixo mostra a densidade dos metais. Todos os valores referem-se à temperatura ambiente em g/cm³. Se esses valores forem multiplicados por 1.000, obtemos ρ em kg/m^3.

Por que existem metais de alta densidade e metais de baixa densidade? O fato é que o valor de ρ para cada caso específico é determinado por doisfatores:

1. Característica da rede cristalina do metal. Se essa rede contiver átomos no empacotamento mais denso, sua densidade macroscópica será maior. As redes FCC e hcp têm o empacotamento mais denso.
2. Propriedades físicas do átomo metálico. Quanto maior a massa e menor o raio, maior o valor de ρ. Esse fator explica por que os metais de alta densidade são elementos químicos com número alto na tabela periódica.

Determinação experimental da densidade

Suponha que temos um pedaço de metal desconhecido. Como você pode determinar sua densidade? Relembrando a fórmula de ρ, chegamos à resposta à pergunta feita. Para determinar a densidade do metal, basta pesá-lo em qualquer balança e medir o volume. Então o primeiro valor deve ser dividido pelo segundo, lembrando de usar as unidades corretas.

Se a forma geométrica do corpo for complexa, não será fácil medir seu volume. Nesses casos, você pode usar a lei de Arquimedes, pois o volume do líquido deslocado quando o corpo está imerso será exatamente igual ao volume medido.

O método dos pesos hidrostáticos, inventado no final do século XVI por Galileu, também se baseia no uso da lei de Arquimedes. A essência do método é medir o peso corporal no ar e depois no líquido. Se o primeiro valor é denotado por P₀, e o segundo por P_{1, então a densidade do metal em kg/m3 é calculada usando o seguinte fórmula:}

ρ=P₀ ρ_l / (P₀ - P 1₎

Onde ρ_{l é a densidade do líquido.}

Definição teórica de densidade

Na tabela acima das densidades dos elementos químicos, os metais para os quais a densidade teórica é dada estão marcados em vermelho. Esses elementos são radioativos e foram obtidos artificialmente em pequenas quantidades. Esses fatores dificultam a medição precisa de sua densidade. No entanto, o valor de ρ pode ser calculado com sucesso.

O método de determinação teórica da densidade é bastante simples. Para fazer isso, você precisa saber a massa de um átomo, o número de átomos na rede cristalina elementar e o tipo dessa rede.

Por exemplo, vamos fazer um cálculo para o ferro. Seu átomo tem uma massa de 55,847 amu. O ferro em condições ambientes tem uma rede bcc com um parâmetro de 2,866 angstroms. Como existem dois átomos por cubo bcc elementar, temos:

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

Se compararmos este valor com o da tabela um, veremos que eles diferem apenas na terceira casa decimal.