Heb je je ooit afgevraagd welk element het hoogste heeft dichtheid of massa per volume-eenheid? Hoewel osmium over het algemeen wordt aangehaald als het element met de hoogste dichtheid, is het antwoord niet altijd waar. Hier is een uitleg van de dichtheid en hoe de waarde wordt bepaald.
Dichtheid is massa per volume-eenheid. Het kan experimenteel worden gemeten of voorspeld op basis van eigenschappen van materie en hoe het zich onder bepaalde omstandigheden gedraagt. Het blijkt dat een van de twee elementen kan worden beschouwd als de element met de hoogste dichtheid: osmium of iridium. Zowel osmium als iridium zijn zeer dichte metalendie elk ongeveer tweemaal zoveel wegen als lood. Bij kamertemperatuur en druk is de berekende dichtheid van osmium 22,61 g / cm3 en de berekende dichtheid van iridium is 22,65 g / cm3. De experimenteel gemeten waarde (met behulp van röntgenkristallografie) voor osmium is 22,59 g / cm3terwijl dat van iridium slechts 22,56 g / cm is3. Normaal gesproken is osmium het dichtste element.
De dichtheid van het element hangt echter af van veel factoren. Deze omvatten de allotrope (vorm) van het element, de druk en de temperatuur, dus er is geen enkele waarde voor dichtheid. Zo heeft waterstofgas op aarde een zeer lage dichtheid, maar datzelfde element in de zon heeft een dichtheid die die van osmium of iridium op aarde overtreft. Als zowel de osmium- als de iridiumdichtheid onder normale omstandigheden worden gemeten, wint osmium de prijs. Toch kunnen iets andere omstandigheden ertoe leiden dat iridium naar voren komt.
Bij kamertemperatuur en een druk hoger dan 2,98 GPa is iridium dichter dan osmium, met een dichtheid van 22,75 gram per kubieke centimeter.
Waarom Osmium het dichtst is wanneer er zwaardere elementen bestaan
Ervan uitgaande dat osmium de hoogste dichtheid heeft, vraagt u zich misschien af waarom elementen met een hoger atoomnummer niet dichter zijn. Elk atoom weegt immers meer. Maar dichtheid is massa per eenheid volume. Osmium (en iridium) hebben een zeer kleine atoomradius, dus de massa is verpakt in een klein volume. De reden dat dit gebeurt is de f-elektronenorbitalen zijn samengetrokken op de n = 5 en n = 6 orbitalen omdat de elektronen erin niet goed zijn afgeschermd van de aantrekkingskracht van de positief geladen kern. Ook brengt het hoge atoomaantal van osmium relativistische effecten in het spel. De elektronen cirkelen zo snel rond de atoomkern dat hun schijnbare massa toeneemt en de s-radius afneemt.
Verward? In een notendop, osmium en iridium zijn dichter dan lood en andere elementen met hogere atoomnummers omdat deze metalen een groot atoomnummer combineren met een klein atomaire straal.
Andere materialen met hoge dichtheidswaarden
Basalt is het type gesteente met de hoogste dichtheid. Met een gemiddelde waarde van ongeveer 3 gram per kubieke centimeter komt hij niet eens in de buurt van die van de metalen, maar hij is nog steeds zwaar. Afhankelijk van de samenstelling kan dioriet ook als kanshebber worden beschouwd.
De dichtste vloeistof op aarde is het vloeibare element kwik, dat een dichtheid heeft van 13,5 gram per kubieke centimeter.