我对物质结构不了解,没法给出更深层次的解释,只能简单的考虑,密度应该跟单位体积内的原子个数乘以单个原子的质量差不多,之所以各种物质密度不同,应该因为物质原子的质量和原子间的平均距离(或者单位体积内的原子个数)不同。比如一个极端的情况,重原子气化后,原子虽然很重,但以气体方式存在,单位体积内的原子个数相对于固体是很小的,它的密度相对于由轻的原子组成的固体也是小很多倍的。
密度的计算应该是一个很复杂的问题,不会简单的就能得到结果。
找到一点东西,希望有用:
元素的结晶密度变化规律,从总体看,一般是以周期表中部的硼、铝以及铁、铂族元素,结晶时密度最大,向周期表的左侧或右侧,元素的结晶密度逐淅变小,但也存在着许多的例外,如氟、氯原子的有些结晶方法就密度增高,而还有些元素的某些结晶方法,则密度显著变小。
为什么会如此呢?其原因最主要与元素的原子半径变化,以及与在结晶时成键结合方法有关。
由于元素的原子半径,不论是共价半径还是金属原子半径,一般都是以周期表最左边的,碱金属元素最高,向周期表右部原子半径不断减小,所以从铁、铂族元素与硼、铝元素,到周期表左侧的碱金属元素,原子的结晶密度不断变小是必然的。
而从硼铝和铁铂族元素向右,结晶密度一般情况下变小的原因,则主要是由于这些元素,在其结晶过程,不同原子间的成键结合方式,会由前半周期金属元素的,一般形成紧密堆积性结晶键,改变为非紧密堆积的有间隙分子式结合,并且越向周期表右部的元素,结晶过程相互吸引形成结合键时,二相邻原子之间的平均间距越大。
原因是由于元素的核外最外层电子排布数增多,会使的一原子结晶时,可发生偏心运动成键的外层成键电子轨道,与相邻内层电子距离变近,成键时不易于向相邻原子可与之吸引形成结晶性键的成键吸引位点,大幅度偏转接近所致(具体机制请看笔者关于元素化学结合成键方面论文)。
所以尽管从硼、铝及铁铂族元素向右,物质原子的质量不断增大,但其结晶时的密度,却由于成键距离变远,与成键结合方法不紧密堆积,堆积间隙大,从而使周期表内向右,元素结晶密度反而会不断变小。
至于碳原子在结晶形成金刚石时,密度会反常的变大,最主要是元素核外的4个外层电子或全部6个核外电子,在很高温度下相互接近与结晶时,运动轨道可能全都表现强烈偏心运动特征,以及不同电子轨道可能发生了内外互相穿插,这样在其结晶之后的冷却过程,由于所有电子轨道一起收缩造成原子半径显著变小所致。
而氟.氯.砷等元素以某种方法结晶后,密度反常提高,主要是由于其结晶时和相邻元素比起来结晶的结合方法比较紧密所致,而氮、砷等元素以外的方法结晶时的密度,之所以又变为显著偏低,则是由于其结晶凝结时,不同原子之间结合方法更为松散的原因造成。
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