Vai esat kādreiz domājis, kurš elements ir visaugstākais blīvums vai masa uz tilpuma vienību? Lai gan osmijs parasti tiek minēts kā elements ar vislielāko blīvumu, atbilde ne vienmēr ir patiesa. Šeit ir paskaidrots blīvums un kā tiek noteikta vērtība.
Blīvums ir masa uz tilpuma vienību. To var izmērīt eksperimentāli vai paredzēt, pamatojoties uz matērijas īpašībām un to, kā tā uzvedas noteiktos apstākļos. Kā izrādās, vienu no diviem elementiem var uzskatīt par elements ar vislielāko blīvumu: osmijs vai iridijs. Gan osmijs, gan iridijs ir ļoti blīvi metāli, katrs no tiem sver aptuveni divreiz vairāk nekā svins. Plkst telpas temperatūra un spiedienu, aprēķinātais osmija blīvums ir 22,61 g / cm3 un aprēķinātais irīdija blīvums ir 22,65 g / cm3. Tomēr eksperimentāli izmērītā osmija vērtība (izmantojot rentgenstaru kristalogrāfiju) ir 22,59 g / cm3, savukārt iridija saturs ir tikai 22,56 g / cm3. Parasti osmijs ir blīvākais elements.
Tomēr elementa blīvums ir atkarīgs no daudziem faktoriem. Tajos ietilpst elementa allotrope (forma), spiediens un temperatūra, tāpēc blīvumam nav vienas vērtības. Piemēram, ūdeņraža gāzei uz Zemes ir ļoti mazs blīvums, tomēr šī paša Saules elementa blīvums pārsniedz osmija vai iridija blīvumu uz Zemes. Ja parastos apstākļos mēra gan osmija, gan iridija blīvumu, balvu iegūst osmijs. Tomēr nedaudz atšķirīgi apstākļi var izraisīt iridija iznākšanu uz priekšu.
Istabas temperatūrā un spiedienā virs 2,98 GPa irīdijs ir blīvāks par osmiju ar blīvumu 22,75 grami uz kubikcentimetru.
Kāpēc Osmijs ir blīvākais, ja pastāv smagāki elementi
Pieņemot, ka osmijam ir vislielākais blīvums, jums varētu rasties jautājums, kāpēc elementi ar lielāku atomu skaitu nav blīvāki. Galu galā katrs atoms sver vairāk. Bet blīvums ir masa uz tilpuma vienību. Osmijam (un iridijam) ir ļoti mazs atoma rādiuss, tāpēc masa tiek iesaiņota nelielā tilpumā. Iemesls, kāpēc tas notiek, ir f elektronu orbitāles tiek nomērīti n = 5 un n = 6 orbitālēs, jo tajos esošie elektroni nav labi pasargāti no pozitīvi lādēta kodola pievilcīgā spēka. Arī lielais osmija atomu skaits rada relativistiskus efektus. Elektroni ap atomu kodolu riņķo tik ātri, ka to šķietamā masa palielinās un s orbītas rādiuss samazinās.
Apjucis? Īsumā - osmijs un irīdijs ir blīvāki nekā svins un citi elementi ar lielāku atomu skaitu, jo šie metāli apvieno lielu atomu skaitu ar nelielu atoma rādiuss.
Citi materiāli ar augsta blīvuma vērtībām
Bazalts ir iežu veids ar vislielāko blīvumu. Ar vidējo vērtību ap 3 gramiem uz kubikcentimetru tas pat nav tuvu metālu vērtībai, bet joprojām ir smags. Atkarībā no tā sastāva diorītu var uzskatīt arī par sāncensi.
Blīvākais šķidrums uz Zemes ir šķidrais elements dzīvsudrabs, kura blīvums ir 13,5 grami uz kubikcentimetru.