เคยสงสัยหรือไม่ว่า ทำไมของบางอย่างชิ้นเล็กนิดเดียวแต่หนักมาก ขณะที่ของบางอย่างดูชิ้นใหญ่กว่ามาก แต่กลับมีน้ำหนักเบา สิ่งที่ทำให้มันแตกต่างกัน ก็คือ สมบัติเฉพาะอย่างหนึ่งของสารที่เรียกว่า "ความหนาแน่น"

ความหนาแน่น (Density) คืออะไร

ความหนาแน่นเป็นสมบัติเฉพาะของสารหรือสสารแต่ละชนิด มีความเกี่ยวข้องระหว่างมวลกับปริมาตรของสารนั้น หรืออาจกล่าวได้ว่า ความหนาแน่นก็คือ อัตราส่วนระหว่างมวลกับปริมาตรนั่นเอง หากสสารนั้นมีปริมาตรเท่ากัน สสารที่มีความหนาแน่นมากกว่าย่อมมีมวลมากกว่า ซึ่งความหนาแน่นนี้ก็เป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้เกิดการลอยหรือจมของวัตถุด้วย โดยวัตถุที่มีความหนาแน่นน้อยมีแนวโน้มจะลอยอยู่บนวัตถุที่มีความหนาแน่นมากกว่า

ตัวอย่างการที่แผ่นไม้ลอยอยู่ในน้ำ ก็เพราะว่ามันมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ ขณะที่สมอเรือจมลงใต้น้ำ ก็เพราะว่าโลหะนั้นมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ ลูกโป่งสามารถลอยไปในอากาศได้ก็เพราะภายในบรรจุแก๊สฮีเลียมที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศเอาไว้ หรือน้ำมันลอยอยู่บนผิวน้ำก็เป็นเพราะน้ำมันมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำนั่นเอง

การคำนวณหาความหนาแน่น

การหาความหนาแน่นคำนวณได้จากสูตร D = M/V
โดย D คือ ความหนาแน่น มีหน่วยเป็น กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (g/cm^3) หรือ กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (kg/m^3)
M คือ มวล มีหน่วยเป็น กรัม (g) หรือกิโลกรัม (kg)
V คือ ปริมาตร มีหน่วยเป็น ลูกบาศก์เซนติเมตร (cm^3) ลูกบาศก์เมตร (m^3) มิลลิลิตร (ml) หรือลิตร (l)

โดยทั่วไปของแข็งอาจมีความหนาแน่นมากกว่าของเหลวและแก๊ส แต่ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป เพราะความหนาแน่นเป็นสมบัติเฉพาะของสาร ที่มาจากมวลอะตอม ขนาดของมวลอะตอม และวิธีการจัดเรียงโมเลกุล ดังนั้น ของแข็งบางชนิดก็อาจมีความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลวได้ เช่น น้ำแข็ง มีความหนาแน่นประมาณ 0.92 g/cm^3 ขณะที่น้ำมีความหนาแน่นประมาณ 1 g/cm^3 เนื่องจากมีการจัดเรียงโมเลกุลที่ต่างกัน ดังนั้น หากนำน้ำแข็งใส่ลงในน้ำ เราจึงพบว่า น้ำแข็งจะลอย เช่นเดียวกับภูเขาน้ำแข็งหรือแผ่นน้ำแข็งที่ลอยอยู่ในมหาสมุทรบริเวณขั้วโลกนั่นเอง หรือธาตุเงินซึ่งเป็นของแข็ง มีความหนาแน่น 10.50 g/cm^3 ส่วนปรอทซึ่งเป็นของเหลว กลับมีความหนาแน่นมากกว่า โดยปรอทมีความหนาแน่นอยู่ที่ 13.60 g/cm^3

ธาตุที่หนาแน่นที่สุดในโลก

ธาตุที่หนาแน่นที่สุดในโลก ก็คือ ออสเมียม (Osmium, Os) ซึ่งเป็นธาตุโลหะที่อยู่บนตารางธาตุกลุ่มโลหะทรานซิชัน มีความหนาแน่น 22.59 g/cm^3 โดยมีเลขอะตอมอยู่ที่ 76 และมีน้ำหนักอะตอม 190.2 amu มีสีขาวอมเทา หรือสีขาวอมน้ำเงิน ลักษณะมันวาว แข็งแต่เปราะง่าย ผงของออสเมียมเมื่อสัมผัสกับอากาศ จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศอย่างช้า ๆ และกลายเป็นออสเมียมเตตรอกไซด์  (osmium tetroxide, OsO4) ซึ่งมีกลิ่นเหม็นและเป็นพิษ

ในภาคอุตสาหกรรม ออสเมียมถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์ถึง 90.4% โดยพบได้ในโลหะผสม ที่นำมาทำเป็นหัวปากกาลูกลื่่น หัวปากกาหมึกซึม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บางชนิด เข็มของเข็มทิศ เข็มเล่นแผ่นเสียง นอกจากนี้ยังมีการนำสารประกอบไปใช้ย้อมเนื้อเยื่อและหมึกพิมพ์ลายนิ้วมือด้วย

แม้ว่าออสเมียมจะเป็นธาตุที่มีความหนาแน่น 22.59 g/cm^3 ซึ่งเป็นความหนาแน่นที่สูงที่สุดในโลก แต่หากสำรวจออกไปกว้างในระดับจักรวาล ความหนาแน่นของออสเมียมกลับกลายเป็นเพียงเศษเสี้ยวหนึ่งเท่านั้น เพราะในระดับจักรวาลแล้ว มีดาวที่เป็นเศษซากอันเกิดจากซูเปอร์โนวา ซึ่งทำให้ดาวที่มีเนื้อสารมวลมากกว่าดวงอาทิตย์หลายเท่าถูกบีบอัดอยู่ในดาวขนาดเล็กเพียงไม่กี่กิโลเมตร มันจึงมีความหนาแน่นสูง และดาวที่ว่านี้คือ ดาวนิวตรอน มีความหนาแน่นสูงถึง 10^18 g/cm^3

ตัวอย่างความหนาแน่นของสสารต่าง ๆ