ธาตุใดที่หนาแน่นที่สุดในตารางธาตุ?

คำว่า “ออสเมียม” ไม่น่าจะเป็นคำแรกที่นึกถึงเมื่อคุณตื่นนอนหลังจากนอนหลับฝันดี และนั่นคือออสเมียม (Os) ค่อนข้างหายาก แต่ก็มีคุณสมบัติพิเศษที่ทำให้เป็นองค์ประกอบที่น่าสนใจ เริ่มต้นด้วยการพูดว่า osmium มาจากคำภาษากรีกosme “กลิ่น” ในตอนท้ายของบทความเราจะเข้าใจว่าทำไม มันอยู่ตรงกลางของตารางธาตุและมีเพื่อนบ้านแปลก ๆ มากมายจนบางพวกมันไม่มีอยู่จริงในธรรมชาติและถูกผลิตขึ้นเทียมในห้องปฏิบัติการ (ซึ่งเป็นสาเหตุที่พวกมันถูกเรียกว่า “ธาตุสังเคราะห์”) . แต่ก็ยังมีเพื่อนบ้านที่มีค่าด้วยสื่อที่ดีและน่าชื่นชมจริงๆ: แพลเลเดียม, เงิน, แพลทินัมและทองคำ ออสเมียมตามหลังมาไม่ไกล

ดังนั้นออสเมียมจึงหายากพอๆ กับของมีค่า ในความเป็นจริงมันหายากมากที่เป็นองค์ประกอบที่มีน้อยที่สุดในเปลือกโลก สำหรับออสเมียมแต่ละกรัมมีออกซิเจน 307,333,333 กรัม แต่ออกซิเจน O สำหรับเพื่อนหลายคนของเขาที่เป็นหนี้เขามาก เล่นเพื่อผลประโยชน์ เพราะมันเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุด

ออสเมียมยังเป็นธาตุโลหะ ที่มีความหนาแน่นมากที่สุด และโดยส่วนต่อขยายของธาตุทั้งหมด ความหนาแน่น 22.6 กรัม/มล. ทำให้หนักกว่าน้ำ 22.6 เท่าตามที่คาดไว้ ความหนาแน่นของโลหะจะแตกต่างกันอย่างมาก โดยโลหะที่เบาที่สุดจะอยู่ด้านบนสุดของตารางธาตุ และโลหะหนักที่สุดจะอยู่ด้านล่าง นี่คือตัวอย่างบางส่วน (เป็นกรัม/มล.):

• ลิเธียม 0.53
• โซเดียม 0.97
• โพแทสเซียม 0.89
• เหล็ก 7.9
• นำ 11.3
• เมอร์คิวรี 13.5
• ทอง 19.3

ความหนาแน่นของออสเมียม

ความหนาแน่นของธาตุสัมพันธ์กับจำนวนอะตอมของธาตุที่สามารถบรรจุได้ในปริมาตรที่กำหนด และน้ำหนักของนิวเคลียสของธาตุนั้นด้วย ดังนั้นยิ่งรัศมีอะตอมของอะตอมมีขนาดเล็กลงและเลขอะตอมของนิวเคลียสยิ่งสูง ความหนาแน่นของธาตุก็จะยิ่งสูงขึ้น

รัศมีอะตอมขนาดเล็กของออสเมียมทำให้เกิดการแยกตัวระหว่างอะตอมอย่างใกล้ชิด การแยกอะตอมขนาดเล็กนี้ร่วมกับเลขอะตอมที่ค่อนข้างสูงของออสเมียม อธิบายถึงความหนาแน่นสูงของมัน

ขนาดของรัศมีอะตอมสามารถนำมาประกอบกับปัจจัยต่างๆ ต่อไปนี้ ซึ่งทั้งหมดเป็นควอนตัมในธรรมชาติ:

• ออร์บิทัล f กระจายมาก ดังนั้นจึงส่งผลให้การกรองอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดไม่ดี ในกรณีของออสเมียม (ซึ่งมีโครงสร้างอะตอมภายนอกคือ: 4f ¹⁴ 5d ⁶ 6s ² ) การกำบังที่ไม่ดีของออร์บิทัล 4f จะนำไปสู่การหดตัวของออร์บิทัล n=5 และ n=6
• เนื่องจากออสเมียมมีเลขอะตอมสูงจึงมีผลเชิงสัมพัทธภาพเข้ามาเกี่ยวข้อง โดยพื้นฐานแล้ว ในกรณีของนิวเคลียสที่หนักหรือค่อนข้างหนาแน่น อิเล็กตรอนที่จะคงตัวในวงโคจรได้นั้นจะต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสัมพัทธภาพ (ความเร็วสัมพัทธภาพคือความเร็วที่แสดงถึงเปอร์เซ็นต์ที่สำคัญของความเร็วแสง) ภายใต้สถานการณ์ดังกล่าว มวลของอิเล็กตรอนเชิงสัมพัทธภาพเหล่านั้นจะเพิ่มขึ้นและรัศมีของออร์บิทัล s ลดลง (รัศมีของออร์บิทัล p จะลดลงเช่นกัน แต่ในระดับที่น้อยกว่า)
• การหดตัวของวงโคจรที่เกิดจากผลกระทบทั้งสองนี้ส่งผลให้รัศมีอะตอมเล็กกว่าที่คาดไว้สำหรับออสเมียม เป็นผลให้พันธะโลหะกับโลหะสั้น สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในหน่วยเซลล์ขนาดเล็กของพันธะโลหะของออสเมียม (27.96 ลูกบาศก์อังสตรอม) สำหรับการเปรียบเทียบ ปริมาตรของหน่วยเซลล์ตะกั่วคือ 121.3 ลูกบาศก์อังสตรอม ดังนั้นจึงสามารถบรรจุอะตอมของออสเมียมลงในปริมาตรที่กำหนดได้มากกว่าอะตอมของธาตุอื่น
• เลขอะตอมที่ค่อนข้างสูงของออสเมียม ประกอบกับรัศมีอะตอมที่เล็ก ดังที่อธิบายไว้ข้างต้น ทำให้ออสเมียมมีความหนาแน่นสูง

ออสเมียมใช้ทำอะไร?

เนื่องจากความเสถียรทางเคมี ความทนทาน และความแข็ง ออสเมียมจึงถูกนำมาใช้เพื่อทำหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า เครื่องเล่นแผ่นเสียง ปากกาหมึกซึม และเครื่องประดับ แต่สิ่งต่าง ๆ เปลี่ยนไปอย่างมากเมื่อรวมกับออกซิเจนสี่อะตอม: คุณจะได้รับสารเคมีชนิดต่าง ๆ โดยสิ้นเชิง ออสเมียมเตทรอกไซด์ ซึ่งนอกจากจะเป็นอันตรายต่อสุขภาพของคุณอย่างมากเมื่อหายใจเข้าไป ยังมีกลิ่นที่น่ารังเกียจถึง 50 เฉดสีอีกด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง มันทำให้คุณอยู่ในความมืดและเหนือไปกว่านั้นมันมีกลิ่นที่แย่มาก แย่กว่าที่เราจะจินตนาการได้ อย่างไรก็ตาม นักเคมีอินทรีย์บางคนใช้มันเกินกว่าที่เราจะจินตนาการได้ด้วยเหตุผลที่เห็นแก่ตัวเป็นพิเศษ: เปลี่ยนอัลคีน (ไฮโดรคาร์บอนที่มีพันธะคู่ระหว่างคาร์บอน-คาร์บอน 1 พันธะ) ให้เป็นไดออล (ไฮโดรคาร์บอนที่มีแอลกอฮอล์ 2 กลุ่ม นั่นคือ ! , OH )!. และเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า

แหล่งที่มา

• คลิกไมก้า. (น). ออสเมียม _
• เลนเทค (น). องค์ประกอบ ทางเคมีเรียงลำดับตามความหนาแน่น ออสเมียม _
• Pedraza, J. (2018). ออสเมียมซึ่งเป็นโลหะมีค่าหายากที่ถูกนำมาใช้ในเครื่องประดับมากขึ้น
• https://www.lenntech.es/periodica/elementos/os.htm