Jaka jest objętość 100 moli rtęci? Dwa sposoby rozwiązania problemu

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 05:38

Typowym zadaniem fizyki jest obliczenie objętości różnych substancji w określonych warunkach zewnętrznych. Jedną z tych substancji jest rtęć – metal o wyjątkowych właściwościach fizycznych. W tym artykule rozważymy sposoby rozwiązania następującego zadania w fizyce: jaką objętość zajmuje 100 moli rtęci?

Co to jest rtęć?

Jest to pierwiastek chemiczny pod 80. liczbą w układzie okresowym. Jego sąsiad po lewej jest złoty. Rtęć jest oznaczona symbolem Hg (hydrargyrum). Nazwę łacińską można przetłumaczyć jako „płynne srebro”. Rzeczywiście, w temperaturze pokojowej pierwiastek istnieje jako ciecz, która ma srebrzysty kolor.

Omawiany pierwiastek jest jedynym ciekłym metalem. Fakt ten wynika z unikalnej struktury elektronowej jej atomów. Jest niezwykle stabilny dzięki w pełni wypełnionym powłokom elektronowym. Pod tym względem rtęć jest podobna do gazów obojętnych. Stabilność atomuprowadzi do trudności w oderwaniu od niego elektronu. To ostatnie oznacza, że nie ma metalicznego wiązania między atomami Hg, oddziałują one ze sobą tylko dzięki słabym siłom van der Waalsa.

Rtęć topi się już w temperaturze -39 ^oC. Powstała ciecz jest bardzo ciężka. Jej gęstość wynosi 13 546 kg/m^{3, czyli 13,5 razy więcej niż w przypadku wody destylowanej. Ta wartość gęstości wynika z dużej wartości masy atomowej pierwiastka, która wynosi 200,59 a.m.}

W dalszej części artykułu odpowiemy na pytanie, ile objętości zajmuje 100 moli rtęci. Ten problem można rozwiązać na dwa różne sposoby.

Rozwiązanie problemu w pierwszy sposób

Aby odpowiedzieć na pytanie: "Jaka jest objętość 100 moli rtęci?", należy odwołać się do odpowiednich danych eksperymentalnych. Chodzi o objętość molową. Takie dane można znaleźć w literaturze przedmiotu. Tak więc w jednej z tabel stwierdzamy, że w temperaturze 293 K (20 ^oC) objętość molowa omawianego ciekłego metalu wynosi 14,81 cm³ /mol. Innymi słowy, 1 mol atomów Hg zajmuje objętość 14,81 cm^{3. Aby odpowiedzieć na pytanie problemu wystarczy pomnożyć tę liczbę przez 100.}

W ten sposób otrzymujemy odpowiedź: objętość 100 moli rtęci jest równa 1481 cm3, co praktycznie odpowiada 1,5 litra.

Zauważ, że użyliśmy wartości objętości molowej dla 20 oC. Jednak otrzymana odpowiedź niewiele się zmieni, jeśli rtęć będzie rozpatrywana pod jakąkolwiek innątemperatury, ponieważ jego współczynnik rozszerzalności cieplnej jest bardzo mały.

Drugie rozwiązanie

Odpowiedz na pytanie, ile objętości 100 moli rtęci zajmuje, stosując inne podejście niż poprzednie. Aby to zrobić, musimy użyć danych o gęstości i masie molowej dla danego metalu.

Początkowy wzór na rozwiązanie problemu będzie następujący:

ρ=m/V.

Gdzie mogę wyrazić wartość V:

V=m/ρ.

Masa n=100 mol substancji jest zdefiniowana w następujący sposób:

m=nM.

Gdzie M jest masą jednego mola rtęci. Następnie wzór roboczy do określania objętości zostanie zapisany w następujący sposób:

V=nM/ρ.

Wartość masy molowej, którą już podaliśmy powyżej, liczbowo jest równa masie atomowej, wyrażonej tylko w gramach na mol (M=200, 59 g/mol). Gęstość rtęci wynosi 13 546 kg/m³ lub 13,546 g/cm^{3. Podstawiamy te wartości do wzoru, otrzymujemy:}

V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.

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