¿Por qué los metales tienen una alta densidad?

Answer 1

Hay tres factores que entran en densidad (masa / volumen): cuán cerca están los átomos, el tamaño de los átomos individuales y la masa de los átomos individuales.

Como han señalado otros, los metales tienden a empaquetarse en las configuraciones más eficientes: cúbica centrada en la cara (fcc), paquete cerrado hexagonal (hcp) o cúbica centrada en el cuerpo (bcc). Los dos primeros son básicamente el embalaje más eficiente para esferas duras; El 74% del volumen está ocupado por átomos, dejando solo un 26% de espacio vacío. Es la forma en que las canicas se empaquetan en un frasco grande si se agita el frasco repetidamente; bcc es casi tan eficiente.

El segundo factor es el tamaño de los átomos individuales. La nube de electrones alrededor de un átomo determina su tamaño, no el núcleo. Así que los átomos con núcleos ligeros (Li, Na) son aproximadamente del mismo tamaño que los átomos con núcleos pesados ​​(Pb, Au).

El tercer factor es la masa del átomo, que está determinada por el número de protones y neutrones en su núcleo, el peso atómico. Teniendo en cuenta estos tres, podemos ver que debería haber una amplia gama de densidades para los metales. Piense en las diferencias entre pelotas de ping-pong, pelotas de golf y rodamientos de bolas de acero de 1 ″. Los tres son aproximadamente del mismo tamaño pero hay un amplio rango de densidad.

Entonces, no es necesariamente cierto que los metales tengan una alta densidad. La única regla que puede hacer es que los metales son más densos que los no metálicos dados números atómicos similares porque se empaquetan más densamente. Por ejemplo, el cobre (Cu) tiene una densidad casi el doble que el germanio (Ge), aunque Ge tiene un peso atómico más alto. Ge es un semiconductor y, por lo tanto, forma una estructura cristalina mucho más dispersa que el Cu (se forma en un cristal cúbico de diamante). Ambos son mucho más densos que el Krypton (un gas a temperatura ambiente) a pesar de que Kr tiene un peso atómico más alto.

Answer 2

La mayoría de los metales elementales tienen densidades relativamente altas porque la mayoría tienen estructuras de cristal que están empaquetadas de manera óptima [Estructuras cristalinas metálicas primarias; Embalaje cerrado de esferas iguales – Wikipedia], es decir, FCC (cúbico centrado en la cara) y HCP (empaquetado hexagonal). Batrisyia Ayuni ya ha explicado que esto es factible para los metales, ya que los electrones móviles cargados negativamente se distribuirán fácilmente para acomodar el empaquetamiento cerrado de cationes cargados positivamente más pesados; De este modo, la célula unitaria puede ser eléctricamente neutra y estable.

Otro de los que respondieron mencionó que Li y Na son en realidad menos densos que el agua. Tenga en cuenta que ambos elementos tienen la estructura cristalina BCC (cúbica centrada en el cuerpo), que es una disposición de empaquetamiento de esfera por debajo del nivel óptimo. También resultan ser un par de los metales más ligeros.

¿Qué pasa con el uranio? ¿Por qué es tan denso cuando su disposición de embalaje (ortorrómbica) también es subóptima? La respuesta está en su enorme peso atómico.

Answer 3

Los metales tienen los iones (carga de cationes + ve y electrones de carga) empaquetados estrechamente por fuerzas de atracción. Por lo tanto, la estructura de celosía está bastante empaquetada, como se muestra aquí: se obtiene una estructura bastante sólida con casi ningún espacio de aire entre ellos. Así la alta densidad .