Aký je najhustejší prvok v periodickej tabuľke?

Alchemist-hp / licencia Creative Commons

Premýšľali ste niekedy, ktorý prvok má najvyššie hustota alebo hmotnosť na jednotku objemu? Aj keď sa osmium vo všeobecnosti uvádza ako prvok s najvyššou hustotou, odpoveď nie je vždy pravdivá. Tu je vysvetlenie hustoty a spôsobu určenia hodnoty.

Najhustejší prvok

• Existujú dva chemické prvky s nárokmi na titul „najhustší prvok“. Sú to osmium a irídium.
• Za normálnych podmienok teploty a tlaku je osmium prvkom s najvyššou hustotou. Jeho hustota je 22,59 g/cm³.
• Pri vysokom tlaku sa irídium stáva najhustejším prvkom s hustotou 22,75 g/cm³.
• Osmium a irídium sú kovy. Dôvodom, prečo sú také husté, je ich elektrónová konfigurácia. Konkrétne sa f-orbitály zmršťujú, pretože nie sú dobre chránené pred atómovým jadrom.

Hustota je hmotnosť na jednotku objemu. Dá sa experimentálne merať alebo predpovedať na základe vlastností hmoty a toho, ako sa správa za určitých podmienok. Ako sa ukazuje, jeden z dvoch prvkov možno považovať za prvok s najvyššou hustotou : osmium alebo irídium . Osum aj irídium sú veľmi husté kovy , pričom každý váži približne dvakrát toľko ako olovo. O izbová teplota a tlaku, vypočítaná hustota osmia je 22,61 g/cm³a vypočítaná hustota irídia je 22,65 g/cm³. Experimentálne nameraná hodnota (pomocou rôntgenovej kryštalografie) pre osmium je však 22,59 g/cm³, zatiaľ čo irídium je len 22,56 g/cm³. Normálne je osmium najhustejším prvkom.

Hustota prvku však závisí od mnohých faktorov. Patria sem alotróp (forma) prvku, tlak a teplota, takže neexistuje jediná hodnota hustoty. Napríklad plynný vodík na Zemi má veľmi nízku hustotu, no ten istý prvok na Slnku má hustotu prevyšujúcu hustotu osmia alebo irídia na Zemi. Ak sa hustota osmia aj irídia meria za bežných podmienok, cenu získa osmium. Avšak mierne odlišné podmienky môžu spôsobiť, že irídium vyjde dopredu.

Pri izbovej teplote a tlaku nad 2,98 GPa je irídium hustejšie ako osmium s hustotou 22,75 gramov na centimeter kubický.

Celkovo majú kovy tendenciu mať vyššiu hustotu ako metaloidy a nekovy. Ostatné prvky majú šancu vyjsť dopredu len vtedy, keď sa vyvinie obrovský tlak. Ako už bolo povedané, niektoré kovy sú veľmi ľahké. Napríklad sodík má takú nízku hustotu, že pláva na vode.

Prečo je Osmium najhustejšie, keď existujú ťažšie prvky

Za predpokladu, že osmium má najvyššiu hustotu, možno sa čudujete, prečo prvky s vyšším atómovým číslom nie sú hustejšie. Koniec koncov, každý atóm váži viac. Ale hustota je hmotnosť na jednotku objemu . Osmium (a irídium) majú veľmi malý atómový polomer, takže hmota je zabalená do malého objemu. Dôvod, prečo sa to deje, je elektrónové orbitály f sú kontrahované na n=5 a n=6 orbitáloch, pretože elektróny v nich nie sú dobre tienené pred príťažlivou silou kladne nabitého jadra. Tiež vysoké atómové číslo osmia prináša do hry relativistické efekty. Elektróny obiehajú okolo atómového jadra tak rýchlo, že ich zdanlivá hmotnosť rastie a polomer obežnej dráhy s klesá.

Zmätený? Stručne povedané, osmium a irídium sú hustejšie ako olovo a iné prvky s vyšším atómovým číslom, pretože tieto kovy kombinujú veľké atómové číslo s malým atómový polomer .

Iné materiály s vysokou hustotou

Čadič je typ horniny s najvyššou hustotou. S priemernou hodnotou okolo 3 gramov na kubický centimeter sa to ani zďaleka nepribližuje tým kovom, no stále je ťažké. V závislosti od zloženia môže byť diorit tiež považovaný za uchádzača.

Najhustejšou kvapalinou na Zemi je tekutý prvok ortuť, ktorý má hustotu 13,5 gramov na centimeter kubický.

Zdroje

• Grigoriev, Igor S.; Meilikhov, Evgenii Z. (1997). Príručka fyzikálnych veličín . Boca Raton: CRC Press.
• Serway, Raymond; Jewett, John (2005). Princípy fyziky: Text založený na kalkulácii . Cengage Learning. ISBN 0-534-49143-X.
• Sharma, P. V. (1997). Environmentálna a inžinierska geofyzika . Cambridge University Press. ISBN 9781139171168. doi:10.1017/CBO9781139171168
• Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2012). Univerzitná fyzika s modernou fyzikou . Addison-Wesley. ISBN 978-0-321-69686-1.
• Zumdahl, Steven S.; Zumdahl, Susan L.; Decoste, Donald J (2002). Svet chémie . Boston: Houghton Mifflin Company.