世の中重いほうが軽い？

質問

ウランのことについて腑に落ちない点があるので、誰かご存知の方教えてください。

　ウラン２３８は、当然質量値は２３８ですが、しかし密度的には１８．７ｇ／ｃｃしかありません。
　質量値が１９７しかないはずの金が１９．３ｇ／ｃｃもあり、原子単体での重さでは勝っているはずのウランが、密度では負けています。

　単純に考えると、質量値＝重さのような気がするのですが、これは、「結晶構造が違うため単位ｃｃあたりの原子の数が変わるから」と考えていいのでしょうか。

　また、そうだとしたらついでに大まかなウランと金の結晶構造を教えていただけるとありがたいです。
　興味本位のことなのでアバウトでいいのですが。

回答No.1

siegmund

deagle さんの言われるとおりで，
結晶構造と格子の間隔(こちらも重要です)によって
単位体積当たりの原子数が違うからです．

理化学辞典見ると，金は立方最密構造，
ウランは．667℃以下ではα型(斜方晶系，ゆがんだ六方最密構造)，
667～778℃でβ型(立方晶系)，778℃以上でγ型(体心立方構造)に転移する，
と書いてあります．

最密構造とは，平面上に同じ大きさの球を隙間なく並べて第１層とし(Ａ)，
１層目の低くなったところにちょうどはまりこむように第２層の球を並べる(Ｂ)，
また同じように３層目,...といったように詰めていった構造です．
３層目は１層目と同じ位置に置くこともできますし(Ａ)，
違う位置におくこともできます(Ｃ)．
図が描けないので説明しにくいですが，ピンポン球なりパチンコ球なりを
実際並べてみればすぐにわかります．
各層での並べ方のパターンが，
ＡＢＡＢＡＢのタイプになっているのを六方最密構造(hcp と略す)，
ＡＢＣＡＢＣのタイプになっているのを立方最密構造(ccp と略す)，
とよんでいます．
どちらも球の占める体積は全体の π/3√2≒74% です．
球の中心に金なりウランなりの原子があると思えばいいのです．

したがって，金が立方最密構造，ウランが歪んでいない六方最密構造とすると，
格子間隔(上の例では球の大きさ)が同じなら，質量数の違いがそのまま密度の
違いに出ます．
歪んでいると，最密充填よりは少し損しますね．
あと，たぶん格子間隔もすこし違うのでしょう．

お礼

ありがとうございます。

　ウランは常温では歪んでいるので、質量はあっても結晶になったとき構造的に欠損が出るということですね。
　格子間隔というのは、電子雲の直径とはまた違うんでしょうか。