O que é densidade – Física – Definição

O que é densidade

Densidade é definida como a massa por unidade de volume . É uma propriedade intensiva , matematicamente definida como massa dividida por volume:

ρ = m / V

Por palavras, a densidade (ρ) de uma substância é a massa total (m) dessa substância dividida pelo volume total (V) ocupado por essa substância. A unidade SI padrão é em quilogramas por metro cúbico ( kg / m ³ ). A unidade de inglês padrão é a libra-massa por pé cúbico ( lbm / ft ³ ). A densidade (ρ) de uma substância é recíproca do seu volume específico (ν).

ρ = m / V = ​​1 / ρ

Volume específico é uma variável intensiva , enquanto volume é uma variável extensa. A unidade padrão para volume específico no sistema SI é de metros cúbicos por quilograma (m ³ / kg). A unidade padrão no sistema inglês é de pés cúbicos por libra-peso (pés ³ / lbm).

Materiais mais densos da Terra

Como os núcleons ( prótons e nêutrons ) compõem a maior parte da massa de átomos comuns, a densidade da matéria normal tende a ser limitada pela proximidade com a qual podemos empacotar esses núcleons e depende da estrutura atômica interna de uma substância. O material mais denso encontrado na Terra é o ósmio metálico , mas sua densidade empalidece em comparação com as densidades de objetos astronômicos exóticos, como estrelas anãs brancas e estrelas de nêutrons .

Lista de materiais mais densos:

1. Ósmio – 22,6 x 10 ³ kg / m ³
2. Irídio – 22,4 x 10 ³ kg / m ³
3. Platina – 21,5 x 10 ³ kg / m ³
4. Rênio – 21,0 x 10 ³ kg / m ³
5. Plutônio – 19,8 x 10 ³ kg / m ³
6. Ouro – 19,3 x 10 ³ kg / m ³
7. Tungstênio – 19,3 x 10 ³ kg / m ³
8. Urânio – 18,8 x 10 ³ kg / m ³
9. Tântalo – 16,6 x 10 ³ kg / m ³
10. Mercúrio – 13,6 x 10 ³ kg / m ³
11. Ródio – 12,4 x 10 ³ kg / m ³
12. Tório – 11,7 x 10 ³ kg / m ³
13. Chumbo – 11,3 x 10 ³ kg / m ³
14. Prata – 10,5 x 10 ³ kg / m ³

Deve-se notar que o plutônio é um isótopo produzido pelo homem e é criado a partir de urânio em reatores nucleares . Mas, de fato, os cientistas descobriram vestígios de plutônio que ocorre naturalmente.

Se incluirmos elementos feitos pelo homem, o mais denso até agora é o Hássio . O hássio é um elemento químico com o símbolo Hs e o número atômico 108. É um elemento sintético (sintetizado pela primeira vez em Hasse na Alemanha) e radioativo. O isótopo conhecido mais estável, ²⁶⁹ Hs , tem uma meia-vida de aproximadamente 9,7 segundos. Tem uma densidade estimada de 40,7 x 10 ³ kg / m ³ . A densidade do Hássio resulta do seu alto peso atômico e da diminuição significativa nos raios iônicos dos elementos da série dos lantanídeos, conhecidos como contração de lantanídeos e actinídeos .

A densidade de Hassium é seguida pelo Meitnerium (elemento 109, nomeado em homenagem à física Lise Meitner), que tem uma densidade estimada de 37,4 x 10 ³ kg / m ³ .

Densidade da matéria nuclear

Densidade nuclear é a densidade do núcleo de um átomo. É a razão de massa por unidade de volume dentro do núcleo. Como o núcleo atômico carrega a maior parte da massa do átomo e o núcleo atômico é muito pequeno em comparação com o átomo inteiro, a densidade nuclear é muito alta.

A densidade nuclear de um núcleo típico pode ser calculada aproximadamente a partir do tamanho do núcleo e de sua massa. Os raios nucleares típicos são da ordem de 10 a ¹⁴ m . Assumindo a forma esférica, os raios nucleares podem ser calculados de acordo com a seguinte fórmula:

r = r ₀ . A ^1/3

onde r ₀ = 1,2 x 10 ^-15 m = 1,2 fm

Por exemplo, o urânio natural consiste principalmente no isótopo ²³⁸ U (99,28%), portanto, a massa atômica do elemento urânio está próxima da massa atômica do isótopo ²³⁸ U (238,03u). O raio deste núcleo será:

r = r ₀ . A ^1/3 = 7,44 fm.

Supondo que seja esférico, seu volume será:

V = 4πr ³ /3 = 1,73 x 10 ^-42 m ³ .

A definição usual de densidade nuclear fornece sua densidade:

ρ _núcleo = m / V = 238 x 1,66 x 10 ^-27 / (1,73 x 10 ^-42 ) = 2,3 x 10 ^{17 de} kg / m ³ .

Assim, a densidade do material nuclear é mais de 2,10 ¹⁴ vezes maior que a da água. É uma densidade imensa. O termo descritivo densidade nuclear também é aplicado a situações em que densidades similares ocorrem, como dentro de estrelas de nêutrons. Tais densidades imensas também são encontradas nas estrelas de nêutrons.