Jaký objem zabírá 100 mol rtuti? Dva způsoby řešení problému

Typickým úkolem ve fyzice je vypočítat objemy různých látek za určitých vnějších podmínek. Jednou z těchto látek je rtuť-kov s jedinečnými fyzikálními vlastnostmi. V tomto článku zvažte způsoby řešení následujícího úkolu ve fyzice: jaký objem zabírá 100 mol rtuti?

Co je rtuť?

Mluvíme o chemickém prvku pod číslem 80 v periodické tabulce. Jeho sousedem vlevo je zlato. Rtuť je označena symbolem Hg (hydrargyrum). Latinský název lze přeložit jako "tekuté stříbro". Ve skutečnosti při pokojové teplotě prvek existuje ve formě kapaliny, která má stříbrnou barvu.

Dotyčný prvek je jediný tekutý kov. Tato skutečnost je způsobena jedinečnou elektronickou strukturou jejích atomů. Je extrémně stabilní díky plně naplněným elektronovým skořápkám. V tomto ohledu je rtuť podobná inertním plynům. Stabilita atomu vede ke složitosti oddělení elektronu od něj. Ten znamená, že mezi atomy Hg neexistuje žádná kovová vazba, vzájemně interagují pouze slabými van der waalsovými silami.

Rtuť se taví již při teplotě -39 ^oC. Výsledná kapalina je velmi těžká. Jeho hustota je 13 546 kg/m³, což je 13,5 krát více než destilovaná voda. Tato hodnota hustoty je způsobena velkou velikostí atomové hmotnosti prvku, která je 200,59 a.e.m.

Dále v článku odpovíme na otázku, jaký objem zabírá 100 mol rtuti. Řešení tohoto problému lze provést dvěma různými způsoby.

Řešení problému prvním způsobem

Odpovědět na otázku: "Jaký objem trvá 100 mol rtuti?", měli byste se obrátit na příslušná experimentální data. Mluvíme o molárním objemu. Taková data lze nalézt v referenční literatuře. V jedné z tabulek tedy zjistíme, že při 293 K (20 ^oC) molární objem uvažovaného tekutého kovu je 14,81 cm³/moli. Jinými slovy, 1 mol atomů Hg zabírá objem 14,81 cm³. Odpovědět na otázku problému stačí toto číslo vynásobit 100.

Dostaneme tedy odpověď: objem 100 mol rtuti je 1481 cm³, což prakticky odpovídá 1,5 litru.

Všimli jsme si, že jsme použili hodnotu molárního objemu pro 20 ^oC. Výsledná odpověď se však téměř nezmění, pokud bude rtuť považována za jakoukoli jinou teplotu, protože její koeficient tepelné roztažnosti je velmi malý.

Druhý způsob řešení

Odpověď na otázku, jaký objem zabírá 100 mol rtuti, lze provést pomocí odlišného přístupu od předchozího. K tomu musíme použít údaje o hustotě a molární hmotnosti pro daný kov.

Původní vzorec pro řešení problému bude následující výraz:

ρ = m/V.

Odkud lze vyjádřit Velikost V:

V = m/ρ.

Hmotnost N = 100 mol látky je definována takto:

m = n*M.

Kde M je hmotnost jednoho molu rtuti. Poté bude pracovní vzorec pro stanovení objemu zapsán v této podobě:

V = n*M/ρ.

Hodnota molární hmotnosti, kterou jsme již uvedli výše, se numericky rovná atomové hmotnosti, je vyjádřena pouze v gramech na mol (M = 200,59 g / mol). Hustota rtuti je 13 546 kg/m³ nebo 13,546 g / cm³. Nahrazujeme tyto hodnoty ve vzorci, získáme:

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

Jak je vidět, dostali jsme přesně stejný výsledek jako v předchozím způsobu řešení problému.