Har du nogensinde spekuleret på, hvilket element der har det højeste massefylde eller masse pr. enhedsvolumen? Mens osmium generelt nævnes som det element med den højeste tæthed, er svaret ikke altid sandt. Her er en forklaring af densitet og hvordan værdien bestemmes.
Tæthed er masse pr. Enhedsvolumen. Det kan måles eksperimentelt eller forudsagt baseret på materiens egenskaber, og hvordan det opfører sig under visse betingelser. Som det viser sig, kan begge af to elementer betragtes som element med den højeste tæthed: osmium eller iridium. Både osmium og iridium er meget tætte metaller, hver vejer cirka dobbelt så meget som bly. På stuetemperatur og tryk, den beregnede tæthed af osmium er 22,61 g / cm3 og den beregnede densitet af iridium er 22,65 g / cm3. Den eksperimentelt målte værdi (ved anvendelse af røntgenkrystallografi) for osmium er 22,59 g / cm3mens iridium kun er 22,56 g / cm3. Normalt er osmium det tætteste element.
Elementets densitet afhænger imidlertid af mange faktorer. Disse inkluderer elementet (form) af elementet, trykket og temperaturen, så der er ikke en enkelt værdi for densitet. F.eks. Har brintgas på jorden en meget lav tæthed, men det samme element i solen har en tæthed, der overstiger enten osmium eller iridium på Jorden. Hvis både osmium og iridium tæthed måles under almindelige forhold, tager osmium prisen. Alligevel kan lidt forskellige forhold forårsage, at iridium kommer frem.
Ved stuetemperatur og et tryk over 2,98 GPa er iridium tættere end osmium med en densitet på 22,75 gram pr. Kubikcentimeter.
Hvorfor Osmium er tætest, når der findes tyngre elementer
Forudsat at osmium har den højeste tæthed, kan du undre dig over, hvorfor elementer med et højere atomnummer ikke er tættere. Når alt kommer til alt vejer hvert atom mere. Men densitet er masse pr. enhedsvolumen. Osmium (og iridium) har en meget lille atomradius, så massen pakkes i et lille volumen. Årsagen til at dette sker er de elektroniske orbitaler er sammentrukket ved n = 5 og n = 6 orbitaler, fordi elektronerne i dem ikke er godt afskærmet fra den attraktive kraft af den positivt ladede kerne. Også det høje atomantal af osmium bringer relativistiske effekter i spil. Elektronerne kredser om atomkernen så hurtigt, at deres tilsyneladende masse stiger, og s orbitale radius falder.
Forvirret? I et nøddeskal er osmium og iridium tættere end bly og andre elementer med højere atomnummer, fordi disse metaller kombinerer et stort atomnummer med et lille atomradius.
Andre materialer med høj densitet
Basalt er den type klipper med den højeste tæthed. Med en gennemsnitlig værdi på omkring 3 gram pr. Kubikcentimeter er den ikke engang tæt på metallenes, men den er stadig tung. Afhængigt af dens sammensætning kan diorit også betragtes som en konkurrence.
Den tætteste væske på Jorden er det flydende element kviksølv, som har en densitet på 13,5 gram pr. Kubikcentimeter.