Jaka jest objętość 100 molowej rtęci? Dwa sposoby rozwiązania problemu

Typowe zadanie z fizyki polega na obliczeniu objętości różnych substancji w różnych warunkach zewnętrznych. Jedną z takich substancji jest rtęć, metal o unikalnych właściwościach fizycznych. W tym artykule przyjrzymy się sposobom rozwiązania następującego problemu z fizyki: jaka jest objętość 100 mol rtęci?

Czym jest rtęć?

Jest to pierwiastek chemiczny o numerze 80 w tablicy Mendelejewa. Jego sąsiad po lewej stronie jest złoty. Oznaczony symbolem Hg (hydrargyrum). Łacińską nazwę można przetłumaczyć jako "płynne srebro". W temperaturze pokojowej pierwiastek ten występuje jako ciecz o srebrzystym kolorze.

Pierwiastek, o którym mowa, jest jedynym płynnym metalem. Wynika to z unikalnej struktury elektronicznej jego atomów. Jest on niezwykle stabilny dzięki w pełni wypełnionym powłokom elektronowym. Pod tym względem rtęć jest podobna do gazów szlachetnych. Stabilność atomu prowadzi do trudności w oderwaniu elektronów. To ostatnie oznacza, że atomy Hg nie mają wiązania metalicznego, a oddziałują ze sobą jedynie poprzez słabe siły van der Waalsa.

Merkury topi się już przy -39 ^oC. Powstała ciecz jest bardzo ciężka. Jego gęstość wynosi 13 546 kg/m³, czyli 13,5 razy więcej niż w przypadku wody destylowanej. Taka wartość gęstości wynika z dużej wartości masy atomowej pierwiastka, która wynosi 200,59 a.е.м.

Następnie w artykule odpowiadamy na pytanie, ile objętości zajmuje 100 mol rtęci. Rozwiązanie tego problemu może być przeprowadzone na dwa sposoby na różne sposoby.

Rozwiązanie problemu metodą pierwszą

Odpowiadając na pytanie: "Jaka jest objętość molowa zajmuje 100 moli rtęci?", należy odnieść się do odpowiednich danych doświadczalnych. Mówimy o objętości molowej. Takie dane można znaleźć w literaturze referencyjnej. W jednej z tabel znajdujemy więc, że w temperaturze 293 K (20 ^oC) objętość molowa danego ciekłego metalu wynosi 14,81 cm³/mol. Innymi słowy, 1 mol atomów Hg zajmuje objętość 14,81 cm³. Aby odpowiedzieć aby odpowiedzieć na pytanie problemu, wystarczy pomnożyć tę liczbę przez 100.

Mamy więc odpowiedź: objętość 100 molowej rtęci wynosi 1481 cm³, co jest prawie równe 1,5 litra.

Zauważmy, że użyliśmy wartości objętości molowej dla 20 ^oC. Odpowiedź byłaby jednak prawie taka sama, gdyby rtęć była rozpatrywana w jakiejkolwiek innej temperaturze, ponieważ jej współczynnik rozszerzalności cieplnej jest bardzo mały.

Drugie rozwiązanie

Aby odpowiedzieć na pytanie, jaką objętość zajmuje 100 mol rtęci, możemy zastosować inne podejście niż poprzednio. W tym celu musimy wykorzystać dane dotyczące gęstości i masy molowej danego metalu.

Wzór wyjściowy dla rozwiązanie będzie to następujące wyrażenie:

ρ = m/V.

Skąd można wyrazić wartość V:

V = m/ρ.

Masę n = 100 moli pewnej substancji wyznacza się w następujący sposób:

m = n*M.

Gdzie M jest masą jednego mola rtęci. Wówczas wzór roboczy na wyznaczenie objętości zapiszemy w takiej postaci:

V = n*M/ρ.

Wartość masy molowej została już podana powyżej; liczbowo jest ona równa masie atomowej, ale wyrażona w gramach na mol (M = 200,59 g/mol). Gęstość rtęci wynosi 13 546 kg/m³ lub 13,546 g/cm³. Podstawiając te wartości do wzoru, otrzymujemy

V = n*M/ρ = 100*200,59/13,546 = 1481 cm³.

Widzisz, otrzymaliśmy dokładnie taki sam wynik jak w poprzedniej metodzie rozwiązania problemu.