你有没有想过哪种元素密度最高?虽然锇通常被认为是密度最高的元素,但答案并不总是正确的。
密度是单位体积的质量。它可以通过实验来测量,也可以根据物质的性质和它在特定条件下的行为来预测。事实证明,以下两个元素中的任何一个都可以被认为是密度最高的元素:自然锇或者铱。锇和铱都是非常致密的金属,每种金属的重量大约是铅的两倍。在室温和正常大气压力下,锇的计算密度为22.61克/cm3,铱的计算密度为22.65克/cm3。
然而,锇的实验测量值(使用x射线结晶学)是22.59克/cm3,铱的含量仅为22.56克/cm3。通常,锇是密度最大的元素。
然而,元素的密度取决于许多因素。这些包括元素的同素异形体(形式)、压力和温度,所以密度没有单一的值。例如,地球上的氢气密度很低,但太阳中同样的氢元素密度超过地球上的锇或铱。如果锇和铱的密度都是在普通条件下测量的,锇会获得冠军。然而,稍微不同的条件可能会导致铱夺冠。
在室温和2.98GPa以上的压力下,铱比锇密度大,密度为22.75克/cm3。
假设锇的密度最高,你可能会奇怪为什么原子序数较高的元素密度不高。毕竟,每个原子都更重。但是,密度是每一单位体积质量。锇和铱的原子半径非常小,所以质量被压缩成很小的体积。发生这种情况的原因是电子轨道在n=5和n=6轨道上收缩,因为其中的电子没有很好地屏蔽正电荷原子核的吸引力。此外,锇的高原子数也发挥了相对论效应。
电子绕原子核旋转的速度之快,以至于它们的质量增大,s轨道半径减小。
简而言之,锇和铱比铅和其他原子序数更高的元素密度更大,因为这些金属结合了大原子序数和小原子序数。
玄武岩是密度最高的岩石类型。平均值约为3克/cm3,甚至离金属密度差距较远,但仍然很重。根据其组成,闪长岩也可能被认为是玄武岩的竞争者。
地球上密度最大的液体是液态元素汞,其密度为13.5克/cm3。
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