WikiDer > Massendichte

Das Massendichte oder Dichte (oder, wenn keine Verwechslung möglich ist, einfach Dichte) von a homogenMaterial ist in der Natur- und Chemie ein intensive Menge was ausdrückt wie viel Masse dieses Materials ist in einem bestimmten Volumen. Dies wird als "Masse pro" ausgedrückt Volumen-Einheit'.

Oft der veraltete und falsche Begriff bestimmtes Gewicht benutzt. Traditionell wird die Dichte durch angegeben griechischer Brief${Anzeigestil ho}$ (rho).

${displaystyle ho ={frac {m}{V}}}$

Darin ist

• ich die Masse
• V die Lautstärke

In dem SI-System ist Dichte ausgedrückt in Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m²³), aber die ältere Einheit (aus dem cgs-System) Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³) oder Kilogramm pro Kubikdezimeter wird auch noch verwendet. Die Umrechnung beträgt: 1000 kg/m²³ = 1 g/cm²³ = 1 kg/dm³. Numerisch sind die beiden älteren Einheiten gleich, Größen in der SI-Einheit sind ein Faktor von 10³ höher.

Nach der früheren Definition von Gramm, die 1795 in Frankreich eingeführt wurde, war die Dichte von destilliertes Wasser von 0 °C basierend auf der damaligen Definition des Meters genau 1 g/cm³.

Areische Dichte

Querschnitt von Blendung, ein flächiges Material mit einer geringen Flächendichte.

Für Dichten von Plattenmaterial wie Blech, vereiteln oder Papier-, wird oft als Areische Dichte bezeichnet (${displaystyle ho_{m {A}}}$) benutzt. Die Flächendichte wird in Masse pro Flächeneinheit mit kg/m . ausgedrückt² als SI-Einheit:

${displaystyle ho _{m {A}}={frac {m}{A}}=tcdot ho }$.

Darin steht:

• ${displaystyle m}$ die Masse in Kilogramm
• ${Anzeigestil A}$ Fläche in m²
• ${displaystyle t}$ Dicke in m
• ${Anzeigestil ho}$ Dichte in kg/m³

Die Flächendichte von Platten, die aus Kompositmaterialien kann nicht direkt aus den Dichten der Bestandteile abgeleitet werden.

Druck und Temperatur

Folge von erhöhtem hydrostatischem Druck: Volumen- und Dichteänderung.

Die Dichte eines Stoffes wird normalerweise zu einem bestimmten Temperatur und Druck weil die Dichte von der Größe abhängt intensive Mengen. Die Dichte eines Stoffes wird normalerweise unter normale Bedingungendh bei 20 °C oder 25 °C und einem Druck von 101,325 kPa (1 Atmosphäre).

Das Volumen der meisten Stoffe nimmt zu linear mit steigender Temperatur. Diese Temperaturabhängigkeit der Dichte wird ausgedrückt in Ausdehnungskoeffizient eines Stoffes. Der Ausdehnungskoeffizient ist in der Regel über einen weiten Temperaturbereich temperaturunabhängig.

${displaystyle ho (T_{0} Delta T)={frac {ho _{T_{0}}}{(1 Gammacdot Delta T)}}}$

Unter anderem Wasser ist eine Ausnahme von dieser Regel. Besonders bei niedrigeren Temperaturen zeigt der Ausdehnungskoeffizient von Wasser ein abweichendes Verhalten: um 4°C hat der Ausdehnungskoeffizient von Wasser a Minimum.

Die Dichte eines Stoffes nimmt bei höheren hydrostatischen Drücken in der Regel linear zu. Diese Kompressibilität wird ausgedrückt in Kompressionsmodul. Der Kompressionsmodul ist eng mit dem Elastizität eines Materials, das in der . ausgedrückt wird Elastizitätsmodul.

Aggregatzustand

bündeln Gaszylinder zum Transport und zur Lagerung von Gasen unter hohem Druck.

weiße zwergsterne fotografiert mit der Wide Field and Planetary Camera 2 auf dem Hubble-Weltraumteleskop.

Das Innere von a Meteorit besteht aus Nickeleisen aus dem auch der Erdkern aufgebaut ist.

Die Dichte eines Stoffes unterscheidet sich unter normale Bedingungen pro Aggregatzustand. Im Allgemeinen ist die Dichte eines Stoffes im Festphase höher als die Dichte im Flüssigphase. Die Dichte von Gase ist viel kleiner als unter Standardbedingungen Flüssigkeiten und feste Stoffe. Außerdem hängt die Dichte von Gasen stark von Temperatur und Druck ab. In dem überkritische Phase Bei hohem Druck kann die Dichte eines Stoffes fast gleich der Dichte in flüssiger oder fester Phase sein.

Gase

Ein Gas verhält sich normalerweise wie a like ideales Gases sei denn, der Druck ist sehr hoch oder die Temperatur liegt weit darunter kritische Temperatur des Gases. Für ein ideales Gas kann die Dichte wie folgt berechnet werden:

${displaystyle ho ={frac {M,P}{R,T}}}$

einschließlich:

• ${Anzeigestil M}$ das Molmasse;
• ${Anzeigestil P}$ der Druck;
• ${Anzeigestil R}$ das Gaskonstante;
• ${Anzeigestil T}$ das Absolute Temperatur.

Viele Gase verhalten sich unter sehr hohem Druck in mancher Hinsicht wie Flüssigkeiten. Die Dichte von Gasen kann unter solchen Bedingungen mit dem Van-der-Waals-Gleichung, oder mit einer Variante dieser Gleichung. Gase mit der größten Dichte sind SF₆: 6,60 kg/m²³, und Xenon: 5,897 kg/m²³.

Flüssigkeiten und Feststoffe

Feststoffe mit offenem Kristallstruktur, wie bei Elementen mit a Diamantgitter oder Verbindungen mit a Quarzgitter, haben eine relativ geringe Dichte. Festkörper mit dichter Kristallstruktur, wie z Metall und Legierungen, eine höhere Dichte haben.

Durch schmelzen die Ordnung der Kristallstruktur des Festkörpers geht verloren und wird zu Fesseln im Kristall zerbrochen. Dadurch vergrößert sich der durchschnittliche Abstand zwischen Atomen oder Molekülen, sodass sich die meisten Stoffe beim Schmelzen ausdehnen. Die Dichte eines Stoffes nimmt daher beim Schmelzen in der Regel ab. Stoffe mit offener Kristallstruktur, wie Eis, kann beim Schmelzen manchmal schrumpfen, weil offene Räume in der Kristallstruktur kollabieren.

Dichte von Wasser steigt, wie die Salzgehalt steigt.^[1]

Die spezifische Masse von Flüssigkeiten lässt sich mit a Pyknometer oder ein Dichtemesser.

Aggregatzustände mit hoher Dichte

Die Dichten einiger anderer Aggregatzustände können unter extremen Bedingungen sehr hoch sein. Innen schwer Himmelskörper Druck und Temperatur sind oft sehr hoch im Vergleich zu den Standardbedingungen, die in der Chemie als Referenz verwendet werden.

• Die Angelegenheit, aus der a Neutronenstern konstruiert, das hypothetische Neutronium, hat die höchste bekannte Dichte mit Werten zwischen 3,7 × 10¹⁷ und 5,9 × 10¹⁷ kg/m³.
• Die Angelegenheit, aus der weiße Zwerge aufgebaut kann eine Dichte zwischen 10⁸ und 10¹⁵ kg/m³ wird geschätzt.
• Es Plasma von dem die Sonne hat eine Dichte im Kern von etwa 160.000 kg/m³, etwa die zehnfache Dichte von führen. Das Wasserstoffplasma am Boden des Konvektionszone der Sonne bei einer Temperatur von 2.000.000 k eine Dichte von etwa 200 kg/m³, was etwa der dreifachen Dichte von entspricht flüssiger Wasserstoff auf der Erde bei der Siedepunkt von 20,28 K.
• Das Erdkern besteht aus Nickeleisen mit einer Dichte von ca. 10.000 kg/m³. Das Nickeleisen im Erdkern ist bei einer Temperatur zwischen 5.500 und 7.000 °C bei einem Druck von ca 3,5 × 10⁶Geldautomat. Die Dichte des Erdkerns beträgt etwa 25 % bis um 30 % höher als die Dichte von 8000 kg/m³ von Nickeleisen und die 7680 kg/m³ von Eisen unter Standardbedingungen. Der Erdkern hat auch a 12 % höhere Dichte als die 8902 kg/m³ von Nickel unter Standardbedingungen. Eisen kristallisiert normalerweise in a kubisch räumlich zentriert Raster, in dem die atomarer Packungsfaktor 0,680. Nickel kristallisiert in a kubisch flächenzentriert Gitter mit a dichtester Glühbirnenstapel und einen atomaren Packungsfaktor von 0,740. Unter dem hohen Druck im Erdkern, a Phasenübergang anstelle eines räumlich zentrierten Rasters zu einem flächenzentrierten Raster. Die Änderung des Packungsfaktors würde die Dichte um etwa 8 % erhöhen, sodass die restlichen 20 % der Dichtezunahme auf eine Verringerung des Abstands zwischen den Eisenatomen im Kristallgitter von etwa 7 % zurückzuführen sein müssen.

Leichte Materialien

Buntstifte auf einer isolierenden Aerogelschicht über einem Gasbrenner.

Es Chassis von Kohlefaserverstärkter Kunststoff und Aluminium von a Aston Martin V12 Besiegen.

Teile für Kugellager ist gemacht aus Siliziumnitrid, ein starkes, bruchfestes Keramikmaterial mit einer Dichte von nur 3,44g/cm³.

Keramikmaterial

Modern keramische Materialien mit geringer Dichte haben normalerweise eine offene Kristallstruktur. Metalle haben im Allgemeinen eine viel höhere Dichte als keramische Materialien, da in Metallgitter die Atome sind so dicht wie möglich gestapelt. Die Atome in einem Metall haben normalerweise zwölf oder acht nächste Nachbarn, mit denen sie eine schwache Bindung haben. In Gittern aus keramischen Materialien haben die Atome eine Schicht Koordinationsnummer durch eine tetraedrisch oder ein Oktaederring mit nur vier oder sechs nächsten Nachbaratomen. Die Atome bilden, wie die Kohlenstoffatome in Diamant, stark kovalente Bindungen mit ihren Nachbarn. Die Atome in den Gittern keramischer Materialien bilden Netzwerke von Ringstrukturen, in denen viel Raum zwischen den Atomen offen bleibt. Das atomarer Füllfaktor der Diamantstruktur beträgt nur 0,3401, weniger als die Hälfte des Packungsfaktors von Metallen.

Aerogele und Komposite

Siehe auch Aerogel und Verbundwerkstoffe für die wichtigsten Artikel zu diesen Themen

Keramische Materialien können stark und elastisch sein Keramikfasern und Schichten bilden. Basierend auf Keramikfasern, verschiedene Arten von Gel und Schaum hergestellt werden, einschließlich der extrem leichten Aerogele. Wie Gelatine besteht aus einem Netzwerk von Kollagenfasern in Wasser besteht ein Aerogel aus einem Netzwerk von Silikatfasern in der Luft. Diese Strukturen werden erstellt von a dendritisches Kristallwachstum. Das erste Aerogel wurde 1931 von Kieselgel. Aerogele wurden jetzt hergestellt aus Aluminiumoxid, Chrom(III)-oxid, Zinndioxid und Graphen. Die leichtesten Aerogele haben eine Dichte unter 2 kg/m³. Aerogele sind feuerfest und bieten auch ein hohes Wärmeisolierung, wie im Bild rechts gezeigt.

Im Verbundwerkstoffe, wie faserverstärkte Kunststoffe, werden die Eigenschaften verschiedener Komponenten in einem Verbundwerkstoff vereint. Normalerweise Fasern mit einem hohen Zugfestigkeit eingebettet in a zähMatrix so hoch Schubspannungen und Druck widerstehen kann. In leichten Verbundwerkstoffen unter anderem Glasfaser, aramid, Kohlefaser und Nanoröhren verarbeitet.

Starke Materialien

Starke keramische Materialien werden oft aus Silizium-, Bohren, Stickstoff- und Kohlenstoffatome das untereinander und mit Aluminium und Magnesium können starke Bindungen mit einem starken kovalenten Charakter eingehen. Diese Elemente können auch interstitielle Verbindungen bilden mit Übergangsmetalle wenn Titan und Wolfram. Auf Basis von werden auch starke keramische Materialien hergestellt Silikat und Quarz, verschiedene Metalloxide und andere Mineralien. Für die Herstellung von Werkzeugen und Maschinenteilen bieten feste und harte keramische Werkstoffe aufgrund ihres geringen Gewichts und der höheren Härte bzw. Festigkeit oft eine gute Alternative zu Metallen. In der folgenden Tabelle sind zum Vergleich die Dichten und Härten einer Reihe von Metallen und keramischen Werkstoffen aufgeführt:

Material		Dichte (kg/m3)	Härte (mohs)
Metall	Aluminium	2702	2,75
	Titan	4540	6,0
	Eisen	7860	4,0
	Wolfram	19300	7,5
Keramik	SiC	3210	~9
	c-BN	3450	9,5-10,0
	Bereits2Ö3	~4000	~9
	Tic	4930	9,0-9,5
	Toilette	15630	~9

Tabellen

• Tisch mit dem spezifische Masse von Feststoffen
• Tisch mit dem spezifische Masse von Flüssigkeiten
• Tisch mit dem spezifische Masse von Gasen - bei 0°C und 1 Bar

Volumengewicht

Manchmal werden die Transportkosten auf der Grundlage des Raumgewichts berechnet, das die größere von zwei Massen ist: die normale Masse und das Volumen multipliziert mit einer Standarddichte, zB 200 kg pro Kubikmeter.^[2]

Siehe auch

• Massenkonzentration
• Massenanteil
• relative Dichte