Πυκνότητα – Ορισμός και πώς να την υπολογίσετε

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε τι πυκνότητα είναι, και πώς να το υπολογίσετε. Θα μάθετε επίσης τον τύπο, τις μονάδες και την εξίσωση. Τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό, θα μάθετε αν πρόκειται για φυσική ιδιότητα.

Τι είναι η πυκνότητα; Ορισμός

Η πυκνότητα είναι το μέτρο του πόσα "πράγματα" βρίσκονται σε μια δεδομένη ποσότητα χώρου. Για παράδειγμα, ένα μπλοκ του βαρύτερου στοιχείου μολύβδου (Pb) θα είναι πιο πυκνό από το μαλακότερο, ελαφρύτερο στοιχείο χρυσού (Au). Ένα κομμάτι φελιζόλ είναι λιγότερο πυκνό από ένα τούβλο. Ορίζεται ως μάζα ανά μονάδα όγκου.

Μπορείτε να το σκεφτείτε, ως πόσο σφιχτά ή χαλαρά συσκευασμένη είναι μια ουσία ή πόσο συμπαγής είναι. Τα στερεά είναι γενικά πιο πυκνά από τα υγρά και τα υγρά πιο πυκνά από τα αέρια, αλλά υπάρχουν πολλές εξαιρέσεις.

Είναι η πυκνότητα φυσική ιδιότητα;

Είναι μια φυσική ιδιότητα, που ορίζεται από μάζα έναντι όγκου . Οι φυσικές ιδιότητες μπορούν να παρατηρηθούν χωρίς αλλαγή της χημικής σύνθεσης της ουσίας. Άλλες φυσικές ιδιότητες περιλαμβάνουν το σημείο τήξης και το σημείο βρασμού. Κάθε ουσία, στοιχείο και ένωση έχει μια μοναδική πυκνότητα που σχετίζεται με αυτό.

Μονάδες πυκνότητας

Ας συζητήσουμε τις «κοινές» μονάδες πυκνότητας και τις «επίσημες» μονάδες. Όλες οι μονάδες είναι σε ορισμένες για βάρος ανά όγκο. Η πιο κοινή μονάδα για την πυκνότητα είναι γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό ή g/cm. Για παράδειγμα, η πυκνότητα του νερού είναι ένα γραμμάριο ανά κυβικό εκατοστό και του μολύβδου είναι 3,42 g/cm. Οι επίσημες μονάδες για την πυκνότητα, γνωστές ως μονάδες SI (Διεθνές Σύστημα Μονάδων) είναι χιλιόγραμμο ανά κυβικό μέτρο (kg/cm). Άλλα ισοδύναμα είναι γραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο g/mL και κιλά ανά λίτρο, kg/L.

Το φελιζόλ είναι λιγότερο πυκνό σε περίπου 1 g/cm. Χρησιμοποιείται συνήθως ως ελαφρύ υλικό για την προστασία των δεμάτων κατά την αποστολή. Ένα τούβλο είναι περίπου διπλάσιο από αυτό του φελιζόλ στα 2 g/cm. Είναι αρκετά ανθεκτικό για να αντέχει τα στοιχεία ως δομικό υλικό.

Πώς να υπολογίσετε την πυκνότητα

Για να υπολογίσουμε αυτή την ιδιότητα, θυμόμαστε ότι ορίζεται ως μάζα ανά όγκο. Η μάζα αντιπροσωπεύεται συνήθως με "m", ο όγκος με "V" και η πυκνότητα είτε με "ρ , ή κεφαλαία "D." Ο γενικός τύπος είναι ο εξής:

Τύπος πυκνότητας / Εξίσωση

Μέτρηση	Μεταβλητή
Πυκνότητα	ρ
	Δ
Μάζα	m
Τόμος	V

Εάν γνωρίζετε τη μάζα και την πυκνότητα μιας ουσίας, μπορείτε να υπολογίσετε τον όγκο. Εάν γνωρίζετε αυτή την πυκνότητα και τον όγκο, μπορείτε να υπολογίσετε τη μάζα. Και τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό, αν γνωρίζετε τη μάζα και τον όγκο, μπορείτε να υπολογίσετε την πυκνότητα.

Πρακτική

Ακολουθούν μερικά παραδείγματα υπολογισμών, που βασίζονται σε ορισμένα σημαντικά στοιχεία και μόρια.

1. Υπολογίστε την πυκνότητα του υδραργύρου (Hg) εάν η μάζα του είναι 28 g και ο όγκος του είναι 2 cm.
2. Αν ένα τετράγωνο μπλοκ σιδήρου (Fe) με μήκος πλευράς 2 cm ζυγίζει 64 g. Πόσο πυκνός είναι ο σίδηρος;
3. Το νερό είναι περίπου d=1g/mL, πόσο ζυγίζουν 5 mL νερού, σε γραμμάρια;

Λύσεις:

1. Για τον υδράργυρο, d=14 g/cm3. Για να λάβετε αυτήν την τιμή, τα 28 g διαιρούνται με 2 cm.
2. Για τον σίδηρο, d=8 g/cm3. Γνωρίζουμε ήδη το βάρος (64g). Ο όγκος είναι 2 cm x 2 cm x 2 cm γιατί η ερώτηση λέει ότι το κομμάτι είναι τετράγωνο. Άρα ο όγκος είναι 8 cm. Τότε τα 64g/8cm μας φέρνουν στην απάντηση των 8g/cm.
3. 5 mL νερού ζυγίζει 5 g. Για να λάβουμε αυτήν την απάντηση, πολλαπλασιάζουμε το 1g/mL επί τον όγκο (5mL) που μας ενδιαφέρει.

Πυκνότητα – Διασκεδαστικά γεγονότα

1. Το πιο πυκνό στοιχείο είναι το όσμιο.
2. Το λιγότερο πυκνό στοιχείο (ή οποιοδήποτε αέριο) είναι το υδρογόνο.
3. Ένα από τα πιο πυκνά αστρονομικά αντικείμενα που γνωρίζουμε είναι μια μαύρη τρύπα.
4. Ο χρυσός και το βολφράμιο, και τα δύο με πυκνότητα 19,3 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, είναι τα πιο πυκνά από όλα τα εύκολα προσβάσιμα υλικά. Ένας μικρός κύβος βολφραμίου είναι συγκλονιστικά βαρύς.
5. Το λιγότερο πυκνό στερεό στον κόσμο είναι ένα αερογέλη γραφενίου με πυκνότητα 0,16 mg/cm που αναπτύχθηκε σε ένα εργαστήριο επιστήμης και μηχανικής πολυμερών στην Κίνα.
6. Ο υδράργυρος είναι ένα υγρό μέταλλο που είναι πιο πυκνό από τα περισσότερα στερεά.
7. Το πιο πυκνό αέριο, το εξαφθοριούχο βολφράμιο, εξακολουθεί να είναι περίπου 45 φορές πιο πυκνό από ένα από τα λιγότερο πυκνότερα υγρά, το ισοπεντάνιο.
8. Ένα αντικείμενο βυθίζεται στο νερό μόνο εάν είναι πιο πυκνό από το νερό. Προσπαθήστε να βρείτε ένα οικιακό αντικείμενο πιο πυκνό από το νερό – είναι πιο δύσκολο από όσο νομίζετε!

Περαιτέρω ανάγνωση

• Το απαραίτητο στοιχείο σίδηρος
• Ανάλυση διαστάσεων
• Μεταλλοειδή
• Κανόνες διαλυτότητας
• Το λαμπρό στοιχείο βάριο