Почему лютеций оказывается самым плотным
Плотность — это масса, приходящаяся на определённый объём. В ряду лантаноидов атомы становятся тяжелее, но одновременно их электронные оболочки постепенно сжимаются: добавляемые электроны слабее экранируют возросший заряд ядра, и оно сильнее притягивает электроны. Это постепенное уменьшение размеров атомов называют лантаноидным сжатием.
В результате атомная масса растёт быстрее, чем объём, занимаемый металлом. Поэтому масса вещества в одном и том же объёме увеличивается, и лютеций оказывается плотнее остальных лантаноидов. Здесь важны не только размеры отдельных атомов, но и то, как они расположены в кристаллической структуре металла.
Почему плотность не означает твёрдость
Твёрдость показывает, насколько материал сопротивляется царапанию или вдавливанию. При таком воздействии кристалл должен сопротивляться локальному смещению атомных слоёв; на это влияют тип металлических связей, строение кристалла и его дефекты. Плотность же описывает соотношение массы и объёма — она сама по себе не говорит, насколько легко материал поцарапать или деформировать.
Представьте два набора одинаковых по массе шариков: один можно уложить компактнее, но это не обязательно сделает отдельные шарики прочнее. Так же и у металла: тесная упаковка помогает объяснить высокую плотность, но не назначает автоматически чемпиона по твёрдости. Чтобы сравнить твёрдость лантаноидов, нужны отдельные измерения сопротивления царапанию или вдавливанию.
