מהו היסוד הצפוף בטבלה המחזורית?

האם תהית אי פעם לאיזה אלמנט יש את הגבוה ביותר צפיפות או מסה ליחידת נפח? בעוד שבאופן כללי מציינים אוסמיום כאלמנט בעל הצפיפות הגבוהה ביותר, התשובה לא תמיד נכונה. להלן הסבר על הצפיפות וכיצד נקבע הערך.

הצפיפות היא מסה ליחידת נפח. ניתן למדוד אותו בניסוי או לחזות אותו על סמך תכונות של חומר וכיצד הוא מתנהג בתנאים מסוימים. כפי שמתברר, אחד משני האלמנטים יכול להיחשב כ- אלמנט בעל הצפיפות הגבוהה ביותר: אוסמיום או אירידיום. גם אוסמיום וגם אירידיום הם מתכות צפופות מאודבמשקלם כפול כפול של עופרת. בשעה טמפרטורת חדר ולחץ, הצפיפות המחושבת של אוסמיום היא 22.61 גרם / ס"מ³ והצפיפות המחושבת של אירידיום היא 22.65 גרם / ס"מ³. עם זאת, הערך שנמדד בניסוי (באמצעות גבישי רנטגן) לאוסמיום הוא 22.59 גרם / ס"מ³ואילו זה של אירידיום הוא 22.56 גרם / ס"מ בלבד³. בדרך כלל אוסמיום הוא היסוד הצפוף ביותר.

עם זאת, צפיפות האלמנט תלויה בגורמים רבים. אלה כוללים את האלוטרופ (צורה) של היסוד, הלחץ והטמפרטורה, כך שאין ערך אחד לצפיפות. לדוגמה, לגז מימן על כדור הארץ יש צפיפות נמוכה מאוד, ובכל זאת לאותו יסוד בשמש יש צפיפות העולה על זה של אוסמיום או אירידיום על כדור הארץ. אם נמדדים גם אוסמיום וגם צפיפות אירידיום בתנאים רגילים, אוסמיום מקבל את הפרס. עם זאת, תנאים שונים במקצת עלולים לגרום לאירידיום לצאת קדימה.

בטמפרטורת החדר ובלחץ מעל 2.98 GPa, אירידיום צפוף יותר מאשר אוסמיום, עם צפיפות של 22.75 גרם לסנטימטר מעוקב.

בהנחה שאוסמיום הוא בעל הצפיפות הגבוהה ביותר, אולי תוהה מדוע אלמנטים עם מספר אטומי גבוה יותר אינם צפופים יותר. אחרי הכל, כל אטום שוקל יותר. אבל, צפיפות היא מסה ליחידת נפח. לאוסמיום (ואירידיום) יש רדיוס אטומי קטן מאוד, ולכן המסה נארזת לנפח קטן. הסיבה שזה קורה היא האורביטלים האלקטרוניים של f מכווצים במסלול ה = 5 ו- n = 6 מכיוון שהאלקטרונים בהם אינם מוגנים היטב מפני הכוח האטרקטיבי של הגרעין המטען החיובי. כמו כן, המספר האטומי הגבוה של אוסמיום מביא לתופעות רלטיביזם. האלקטרונים מקיפים את הגרעין האטומי כל כך מהר שהמסה הנראית שלהם עולה וגדל הרדיוס מסלוליו.

מבולבלים? בקליפת אגוז, אוסמיום ואירידיום צפופים יותר מאשר עופרת ואלמנטים אחרים עם מספר אטומי גבוה יותר מכיוון שמתכות אלה משלבות מספר אטומי גדול עם קטן רדיוס אטומי.

בזלת היא סוג הסלע בעל הצפיפות הגבוהה ביותר. עם ערך ממוצע סביב 3 גרם לסנטימטר מעוקב, הוא אפילו לא קרוב לזה של המתכות, אך הוא עדיין כבד. בהתאם להרכבו, דיוריט יכול להיחשב גם כמתמודד.

הנוזל הצפוף ביותר בכדור הארץ הוא היסוד הנוזלי כספית, שיש לו צפיפות של 13.5 גרם לסנטימטר מעוקב.