ما هي أثقل المعادن؟ إذا قصدنا أكبر كتلة في الحجم نفسه، فالمعيار هو الكثافة. تسجل الجمعية الملكية للكيمياء للأوزميوم قيمة أعلى قليلًا من الإيريديوم، وتصفه بأنه العنصر الأعلى كثافة؛ لكن قطعة أكبر من معدن أقل كثافة قد تكون كتلتها أكبر. [1][2][5]
أثقل المعادن عند مقارنة الحجم نفسه
الكثافة هي نسبة الكتلة إلى الحجم: ρ=m/V. إذا قارنا قطعتين حجمهما واحد، كانت كتلة القطعة الأعلى كثافة أكبر. لذلك نذكر الحجم والوحدة عند قولنا إن معدنًا «أثقل»، بدل مقارنة قطعتين مختلفتين في الحجم وكأنهما متكافئتان. [5]
| المعدن | الكثافة المرجعية المقربة، غ/سم³ |
|---|---|
| الأوزميوم، Os | 22.59 [1] |
| الإيريديوم، Ir | 22.56 [2] |
| البلاتين، Pt | 21.5 [3] |
| الرصاص، Pb | 11.3 [4] |
هذه مقارنة مختارة لمعادن كثيفة، وليست قائمة بكل عناصر الجدول الدوري. تعرف RSC الكثافة المذكورة بأنها كتلة ما يملأ 1 سم³ قرب حرارة الغرفة؛ ويذكر كل سجل أن العنصر صلب عند 20°م. استعمل قيمًا متوافقة الشروط. [1][2][3][4]
الأوزميوم أم الإيريديوم: كم يبلغ الفرق؟
القيمتان قبل التقريب في السجلين هما 22.5872 للأوزميوم و 22.5622 للإيريديوم، بوحدة غ/سم³. الفرق صغير؛ تقريب القيمتين إلى منزلة عشرية واحدة يعطي 22.6 لكليهما، فيخفي هذا الفارق ولا ينفيه. [1][2]
لنأخذ حجمًا افتراضيًا يساوي 5 سم³ لكل معدن. نحسب mOs=22.5872×5=112.936 g و mIr=22.5622×5=112.811 g. فرق الكتلتين 0.125 غ فقط، أي نحو 0.11% من كتلة قطعة الإيريديوم. هذه نتيجة من القيم المرجعية والحجم المختار، وليست قياس عينة بعينها.
هل أعلى كتلة ذرية تعني أعلى كثافة؟
لا؛ الكتلة الذرية النسبية تصف الذرات، أما الكثافة فتقارن كتلة المادة بحجمها. تسجل RSC الكتلة الذرية النسبية للأوزميوم 190.23 وللإيريديوم 192.217، مع أن ترتيب كثافتيهما في السجلين معكوس. يكفي هذا المثال لإظهار اختلاف المعيارين. [1][2]
والرصاص كتلته الذرية النسبية 207.2 في مرجعه، وهي أكبر من القيمتين السابقتين، بينما كثافته 11.3 غ/سم³. لذلك لا نستعمل «ثقيل ذريًا» و«كثيف» على أنهما وصفان يؤديان إلى الترتيب نفسه. [4]
ماذا لو كانت كتلة القطع متساوية؟
لنعكس السؤال ونخصص 100 غ لكل معدن. باستخدام V=m/ρ نحصل تقريبًا على 4.43 سم³ للأوزميوم و 4.43 للإيريديوم، و 4.65 للبلاتين، و 8.85 للرصاص. تشابه الرقمين الأولين ناتج من التقريب إلى منزلتين؛ القيمتان قبل التقريب ليستا متطابقتين.
تكون قطعة الرصاص ذات الكتلة نفسها أكبر حجمًا في هذا المثال. وإن شكلنا قطعًا مثالية على هيئة مكعبات، فإن طول الحافة يتناسب مع الجذر التكعيبي للحجم؛ لا تتضاعف الحافة لمجرد تضاعف الحجم. الرسم المرافق يحافظ على هذه النسبة.
كيف أقرأ وصف «أثقل» بدقة؟
حدد أولًا هل السؤال عن كتلة قطعة، أم كتلة حجم متساو، أم خاصية ذرية. في المقارنة الحجمية استعمل الكثافة مع الوحدة وشروط المرجع. وفي مثال القطع المتساوية الكتلة لا يوجد معدن تزيد كتلته على الآخر؛ الذي يتغير هو الحجم. هذا التحديد يجعل الإجابة قابلة للحساب بدل الاعتماد على شهرة الرصاص أو مظهر المعدن.
المصادر ومتابعة القراءة
- RSC: الأوزميوم، الكثافة والكتلة الذرية المرجعيتان (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
- RSC: الإيريديوم، الكثافة والكتلة الذرية المرجعيتان (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
- RSC: البلاتين، الكثافة المرجعية (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
- RSC: الرصاص، الكثافة والكتلة الذرية المرجعيتان (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
- OpenStax: الكثافة ووحدات الكتلة والحجم (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.