漫谈物质密度.pdf

NaturalForum C^ sPJ0“rnZ0，N口 “rP Vol_31No ． 4 漫谈物质密度* 施倪承① 李国武② ①教授 ，②副教授 ，中国地质大学 (北京)，北京 1o0083 *国家 自然科学基金资助项 目(No．40872O43，4O672()3O) 关键词 密度 晶体结构 化学键性质 地球物质的密度 行星及恒星的密度 物质 的密度是与组成该物质 的元素种类及其原子排列的疏密程度有关。在元素种类相 同时 固态物质的密度取 决于晶体结构及其化学键特性。探讨了地球 内部各圈层物质的密度状态及其差异的原 因，指 出了随着深度的增加， 即温度和压力的增加 ，共价键及金属键的键性有增加的趋势。阐述了天体物质的密度差异。笔者认为研究地球各圈 层物质的温度和压力状况有利于晶体材料的开发和改进。 其 中Z：晶胞 内分子数，M ：摩尔质量 (原子量)，ⅣA：阿 佛加德罗常数， ：晶胞体积 。 1引 言 现在让我们来详细地研究一下这个公式 。式中M 当我们到超市购物时如果你提着 10kg的大米会感 和 ～A这两个数值是十分容易理解 的，它们分别表示元 觉到它很沉重 ，如果是同体积的棉絮那么就轻松多了。 素的原子量和阿佛加德罗常数，因此值得研究 的是晶胞 从事某些行业的人会对物质的轻重有特别的敏感 ，如专 体积和晶胞 内的分子数这两个参数。 业珠宝首饰鉴定师 ，一个金手镯拿在手上只要掂量一下 对于晶体结构 己知的固态物质，包括有机和无机化 就可判断真伪 ，因为如该手镯是铜表面包金的话则其密 合物 、矿物 、金属及合金等 ，其晶胞体积可在有关资料 中 度要 比真金的小得多 ，有些测金的仪器就是测其精确密 查得。它的单位在 晶体学 中一般用 A3(1A=10 om) 度来鉴定金制品成色 的。通常同一元素 的制 品密度是 来表示 。在该公式 中值得注意的是 晶胞 内分子数 z这 相同的，但同样有碳元素制成的金刚石与石墨密度差别 个参数 。我们在教学和研究工作 中发现，即使有一些该 就很大，为了弄清物质轻重的本质就必须从微观层次的 领域 内的专著 ，Z往往有被 写错或表达得不正确 的现 晶体结构来加以研究了。 象 。为了表达某一种化合物 的化学成分 ，首先要给 出该 化合物的分子式 ，用化学分析方法可 以测得该化合物各 元素的重量百分 比(wt％)。根据重量 百分 比即可写 出 2基本概念 该物相的化学分子式 。但该分子式与它 的晶体结构并 物质的密度是物质 的重要性质之一 。对于 晶态物 无直接关系，因而单凭化学分子式也无法获知 z的具体 质来说它是该物质化学组成和晶体结构的反映。密度 数值 。 那么晶胞内的分子数 z是如何推 导出来 的呢?在 可定义为单位体积的质量 ，通常用 g／cm 表示。 晶体结构测定时，首先需要探索的是该 晶体结构 的对称 当晶体结构相同时，由重元素组成 的物质要 比轻元 规律，即搞清该结构中包含的对称要素以及这些对称要 素组成 的物质重。例如文石 (CaCo3)与碳钡矿 (Ba· C()3)晶体结构是相同的，但钡元素的原子量 (137．34)比 素互相之间是