密度（化学）

这篇文章是关于密度（化学）.用于该术语的其他用途密度，请看密度（消除歧义）.

密度（符号：ρ-希腊人:ρ)是对群众每单位体积。物体的密度越高群众每体积物体的密度等于其总质量除以总体积。由密度更高的材料（例如铁)体积小于某些密度较小的物质（例如水). 这个硅单元密度是公斤每立方米(公斤/米^三):

${\显示样式\rho={\压裂{m}{V}}}$

哪里：

ρ是物体的密度（单位为kg/m3）

米是物体的总质量（单位为千克）

V（V）是物体的总体积（以立方米为单位）

在规定的温度和压力条件下，流体密度的定义如上所述。然而，固体材料的密度可以用几种方式定义。多孔或颗粒状材料具有固体材料的密度，以及体积密度，可以是可变的。例如，如果你轻轻地将一个容器装满沙子，然后用沙子的质量除以容器的体积，你就会得到一个称为释放体积密度。如果你拿着同一个容器，反复敲击它，让沙子沉淀并堆积在一起，然后计算结果，你会得到一个称为抽头或堆积密度攻丝堆积密度始终大于或等于松散堆积密度。在这两种堆积密度中，部分体积被沙粒之间的空隙所占据。沙粒的密度（不包括颗粒之间的空气）将高于堆积密度。

在糖果制造、密度受到熔化和冷却过程的影响。松散颗粒糖就像沙子一样，它含有大量空气，包装不严密，但当它融化并开始沸腾时，糖会失去其粒度和一些夹带的空气变成流体。当模制成更小、紧凑的形状时，糖浆会变紧，失去更多空气。当它冷却时，它会收缩并获得水分，使原本很重的糖果变得更加致密。

其他单位

密度就国际单位制而言，基本单位为千克每立方米（kg/m^三). 其他可接受的国际单位包括克每立方厘米（g/cm^三)，兆克/立方米（Mg/m^三)以及千克/升（kg/L）。

在英制单位或美国习惯单位，密度单位包括英镑每立方英尺（磅/英尺^三)，磅/立方码（lb/yd^三)，磅/立方英寸（lb/in^三)，盎司/立方英寸（oz/in^三)，磅/加仑英制和美制加仑（lb/gal），磅/美制。蒲式耳（磅/磅），鼻涕虫每立方英尺（段塞/英尺^三)和其他。

纯水在一个标准压力下的最大密度气氛为999.861 kg/m^三; 这发生在约3.98°C（277.13 K）的温度下。

从1901年到1964年，一升被定义为1千克水在最大质量下的体积，纯水的最大密度为1000 000 kg/L（现在为0.999 972 kg/L）。然而，尽管升的定义与现在一样有效，但纯水的最大密度为0.999 972克/厘米^三在此期间，学生们必须学习一个深奥的事实，即一立方厘米和一毫升的体积略有不同，1毫升=1000 028厘米^三（通常表示为1.000 027厘米^三在早期文献中）。

密度测量

对于均质固体物体，质量除以体积即为密度。通常使用适当的秤或天平体积可以直接测量（从物体的几何形状），也可以通过液体的位移来测量。

直接测量液体密度的一种非常简单且常用的仪器是液体比重计测量流体密度的一种不太常见的设备是比重瓶测量固体绝对密度的类似装置是气体比重瓶。

另一种用于确定液体或气体密度的仪器是数字密度计，基于摆动U形管原则。

重于水的不规则形状固体物体的密度

许多声明中的一个归因于阿基米德原理浸没在液体中的物体明显减重，减重量等于所排出液体的重量。这一原理使我们能够确定密度大于水且形状不规则以致无法直接测量其体积的固体物体的密度。

首先，物体在空气中的干重，${\显示样式W_{d}}$，已测量。接下来是物体浸入水中时的重量，${\显示样式W_{s}}$，被测量。然后将水下物体从水中清除，清除多余的地表水和空气中的湿重，${\显示样式W_{W}}$，已测量。物体的密度，${\显示样式\rho_{o}}$，然后从以下公式中获得：

(1)    ${\显示样式\rho_{o}={\压裂{m}{V}}={压裂{W{d}}{（W_{w} -西_{s} ）/\rho{water}}={frac{W{d}\cdot\rho_water}{W_{w} -西_{s} }}}{w} -西_{s} ）/\rho{water}}={frac{W{d}\cdot\rho_water}{W_{w} -西_{s} }}}$

和体积多孔性分数，${\显示样式p}$可以从以下位置获得：

(2)    ${\显示样式p={\压裂{W_{w} -西_{d} }{西_{w} -西_{s} }}}{w} -西_{d} }{西_{w} -西_{s} }}}$

固体密度的x射线衍射结晶学

对于一些人晶体材料，密度可以使用基于分子质量材料和提供的信息x射线晶体学:

(3)    ${\显示样式{\mbox{密度}}={\frac{M\cdot N}{L\cdot a\cdot b\cdot c}}}$

哪里：

M（M）是分子质量

N个是的数字离子,原子或分子在一个单位电池

L（左）是洛施密特或阿伏伽德罗常数

一,b,c（c）是晶格参数

该方程仅适用于晶体轴之间夹角为90度的晶体系统，即立方、四方和正交系统。对于对称性较低的晶体，单位晶胞的体积不再一×b×c（c），但必须是泛化的。

（PD）图片：Milton Beychok
图1：结晶氯化钠的立方晶格结构

作为方程（3）的示例，晶体的立方晶格结构氯化钠（NaCl）如图1所示。每个钠离子被六个氯离子包围，每个氯离子被六个钠离子包围。氯化钠分子就这样消失了。此结构布置符合x射线反射光谱氯化钠。

根据图1的研究，可以推断出每个角氯离子对八个相邻的立方晶胞是共有的，因此只有其质量的八分之一对单位晶胞的质量有贡献，因此所有八个角氯单元对一个氯离子的质量都有贡献。同样，立方体电池每个面上居中的氯离子对两个相邻的立方体细胞来说是共同的，因此所有六个面居中氯离子都贡献了三个氯离子的质量。因此，电池中氯的总质量等于四个氯离子的质量。

同样，可以推断出，立方体电池外表面上的十二个钠离子中的每一个都与四个相邻的立方体细胞共有，因此只有四分之一的质量贡献给单位电池的质量，因此十二个外表面钠离子贡献了三个钠离子的质量。细胞中心的一个钠离子将其全部质量贡献给单位细胞的质量。因此，电池中钠的总质量等于四个钠离子的质量，电池的总质量可以取四个氯化钠分子的质量。

氯化钠的分子质量为58.45 g/mol，立方体的晶格参数a、b和c（电池的高度、宽度和长度）分别为0.563 nm。使用阿伏伽德罗常数6.022×10²³和上述等式（3）：

NaCl密度=（58.45×4）÷（0.563^三× 6.022×10²³) = 217.6 × 10²³克/纳米^三=2.176克/厘米^三

这在2.165克/厘米的0.5%以内^三在《化学和物理手册》中以NaCl的密度给出。

气体密度

从理想气体定律，理想气体的密度可以表示为：

${\显示样式\rho={\压裂{MP}{RT}}}$

实际气体（与理想气体不同）的密度可以表示为：

(4)    ${\显示样式\rho={\压裂{MP}{ZRT}}}$

哪里${\显示样式Z}$是压缩系数,${\显示样式R}$是摩尔气体常数,${\显示样式P}$是压力,${\显示样式M}$是分子质量、和${\显示样式T}$是绝对值温度.

因此，在101.325 kPa的大气压下，绝对温度为273.15 K（0°C），并使用${\显示样式R}$8.314472米^三·帕·克^-1·摩尔^-1，实际气体的密度，单位为kg/m^三由以下公式给出：

(5)    ${\displaystyle\rho={\frac{\mathrm{0.0446}\，M}{Z}}}$

在大气压力和0°C下，大多数气体可视为理想气体，因此压缩系数，${\显示样式Z}$，可以取为1。在其他温度和压力条件下，气体可能偏离理想气体行为，可使用范德瓦尔斯方程计算压缩因子（参见压缩因子（气体）#范德瓦尔斯方程).

无论何时陈述气体密度，重要的是参考温度和压力（获得或计算密度时）应明确说明。只需说明密度为标准条件或在污水处理厂由于没有普遍接受的标准条件集（请参见气体温度和压力的参考条件).

各种物质的密度

也许已知的最高密度是在中子星物质（参见中子). 这个奇点在一个中心黑洞，根据广义相对论，没有任何体积，因此其密度未定义。

表1：各种物质的密度

物质	密度 （kg/m³）		物质	密度 （kg/m³）
铱	22,650		钻石	3,500
锇	22,610		玄武岩	3,000
铂金	21, 450		花岗岩	2,700
黄金	19, 300		铝	2,700
钨	19,250		石墨	2, 200
铀	19,050		镁	1, 740
水银	13,580		聚氯乙烯（聚氯乙烯）	1,300
钯	12,023		海水（15摄氏度）	1,025
铅	11,340		水	1,000
银色	10,490		冰（0摄氏度）	917
铜	8,960		聚乙烯	910
铁	7,870		乙醇	790
钢材	7,850		汽油	730
锡	7,310		液体氢气	68
钛	4, 507		气凝胶	三

上密度最大的天然物质地球是铱，约22650 kg/m^三气凝胶是世界上最轻的固体。此外，请注意与大多数其他金属相比，铝的密度较低。因此，飞机是由铝制成的。

温度与固体和流体密度之间的关系

立方膨胀系数，$｛\displaystyle\alpha｝$，是温度升高1°C时单位体积液体或固体增加的量。因此，如果液体或固体的体积，${\显示样式V_{1}}$，温度为${\显示样式T_{1}}$温度升高到${\显示样式T_{2}}$，然后它有了一个新卷，${\显示样式V_{2}}$，由以下人员提供：

${\displaystyle\mathrm{新建\；卷}=\mathrm}初始\；卷+增加\；在\；卷中}}$

${\显示样式V_{2}=V_{1}+V_{1\cdot\alpha\cdot（T_{2} -T型_{1})}{2} -T型_{1})}$

${\显示样式V_{2}=V_{1}\，[1+\alpha\cdot（T_{2} -T型_{1})]}{2} -T型_{1})]}$

因此：

(6)    $显示样式{\frac{\rho{1}}{\rho2}}=[1+\alpha\cdot（T_{2} -T型_{1})]}{2} -T型_{1})]}$