Чудили ли сте се някога кой елемент е най-висок плътност или маса на единица обем? Въпреки че обикновено осмият се цитира като елемент с най-висока плътност, отговорът не винаги е верен. Ето обяснение на плътността и как се определя стойността.
Плътността е маса на единица обем. Може да се измерва експериментално или да се предвиди въз основа на свойствата на материята и как се държи при определени условия. Както се оказва, всеки от два елемента може да се счита за елемент с най-висока плътност: осмий или иридий. И осмият, и иридият са много плътни метали, всеки с тегло приблизително два пъти повече от оловото. при стайна температура и налягане, изчислената плътност на осмия е 22,61 g / cm3 и изчислената плътност на иридий е 22,65 g / cm3. Обаче експериментално измерената стойност (използваща рентгенова кристалография) за осмия е 22,59 g / cm3, докато този на иридиум е само 22,56 g / cm3. Обикновено осмият е най-плътният елемент.
Въпреки това, плътността на елемента зависи от много фактори. Те включват алотропа (формата) на елемента, налягането и температурата, така че няма единична стойност за плътност. Например, водородният газ на земята има много ниска плътност, но същият този елемент на Слънцето има плътност, надвишаваща тази на осмия или иридий на Земята. Ако плътността на осмия и иридий се измерва при обикновени условия, осмиумът взема наградата. И все пак, малко по-различни условия могат да доведат до иридиум да излезе напред.
При стайна температура и налягане над 2,98 GPa, иридий е по-плътен от осмия, с плътност 22,75 грама на кубичен сантиметър.
Защо осмиумът е по-плътен, когато съществуват по-тежки елементи
Ако приемем, че осмият има най-висока плътност, може би се чудите защо елементи с по-голям атомен номер не са по-плътни. В крайна сметка всеки атом тежи повече. Но, плътността е маса за единица обем. Осмиум (и иридий) имат много малък атомен радиус, така че масата е опакована в малък обем. Причината това да се случи е орбиталите на електрон се свиват при n = 5 и n = 6 орбитали, тъй като електроните в тях не са добре защитени от атрактивната сила на положително зареденото ядро. Също така, високият атомен брой на осмия внася релативистични ефекти в игра. Електроните обикалят около атомното ядро толкова бързо, че видимата им маса нараства и s орбиталният радиус намалява.
Объркани ли сте? С две думи, осмият и иридиумът са по-плътни от оловото и други елементи с по-високи атомни числа, защото тези метали комбинират голямо атомно число с малко атомен радиус.
Други материали със стойности с висока плътност
Базалт е типът скала с най-висока плътност. Със средна стойност около 3 грама на кубически сантиметър тя дори не е близка до тази на металите, но все пак е тежка. В зависимост от състава си, диоритът също може да се счита за претендент.
Най-гъстата течност на Земята е живакът с течен елемент, който има плътност 13,5 грама на кубичен сантиметър.