Який обсяг займають 100 моль ртуті? Два способи вирішення завдання

Типовим завданням з фізики є обчислення обсягів різних речовин при тих чи інших зовнішніх умовах. Одним з таких речовин є ртуть-метал, що володіє унікальними фізичними властивостями. У даній статті розглянемо шляхи вирішення наступного завдання у фізиці: який обсяг займають 100 моль ртуті?

Що таке ртуть?

Йдеться про хімічний елемент під 80-м номером в таблиці Менделєєва. Його сусідом зліва є золото. Позначається ртуть символом Hg (гідраргірум). Латинську назву можна перекласти як "рідке срібло". Дійсно, при кімнатній температурі елемент існує у вигляді рідини, яка має сріблястий колір.

Розглянутий елемент є єдиним рідким металом. Цей факт обумовлений унікальною електронною структурою його атомів. Вона є надзвичайно стабільною за рахунок повністю заповнених електронних оболонок. В цьому плані ртуть схожа на інертні гази. Стабільність атома призводить до складності відриву електрона від нього. Останнє означає, що між атомами Hg не існує металевого зв`язку, вони один з одним взаємодіють тільки за рахунок слабких ван-дер-ваальсових сил.

Ртуть плавиться вже при температурі -39 ^oC. Отримана рідина є дуже важкою. Її щільність становить 13 546 кг / м³, що в 13,5 рази більше, ніж у дистильованої води. Таке значення щільності обумовлено великою величиною атомної маси елемента, яка дорівнює 200,59 а.е.м.

Далі в статті відповімо на питання про те, який обсяг займають 100 моль ртуті. Рішення цього завдання може бути здійснено двома різними способами.

Рішення задачі першим способом

Щоб відповісти на питання: "Який обсяг займає 100 моль ртуті?", слід звернутися до відповідних експериментальних даних. Йдеться про молярному обсязі. Такі дані можна знайти в довідковій літературі. Так, в одній з таблиць знаходимо, що при 293 до (20 ^oC) молярний об`єм розглянутого рідкого металу становить 14,81 см³/молі. Іншими словами, 1 моль атомів Hg займає обсяг 14,81 см³. Щоб відповісти на питання задачі, досить помножити це число на 100.

Таким чином, ми отримуємо відповідь: обсяг 100 моль ртуті дорівнює 1481 см³, що практично відповідає 1,5 літра.

Зауважимо, що ми використовували значення молярного об`єму для 20 ^oC. Однак отримана відповідь практично не зміниться, якщо ртуть буде розглядатися при будь-якій іншій температурі, оскільки коефіцієнт її теплового розширення є дуже маленьким.

Другий спосіб вирішення

Відповісти на питання про те, який обсяг займають 100 моль ртуті, можна з використанням відмінного від попереднього підходу. Для цього нам потрібно скористатися даними щільності і молярної маси для розглянутого металу.

Вихідною формулою для вирішення проблеми буде наступний вираз:

ρ = m/V.

Звідки можна виразити величину V:

V = m/ρ.

Маса n = 100 моль речовини визначається так:

m = n*M.

Де M-маса одного моль ртуті. Тоді робоча формула для визначення обсягу запишеться в такому вигляді:

V = n*M/ρ.

Значення молярної маси ми вже наводили вище, чисельно вона дорівнює атомній масі, тільки виражається в грамах на моль (M = 200,59 г / моль). Щільність ртуті становить 13 546 кг / м³ або 13,546 г / см³. Підставляємо ці величини в формулу, отримуємо:

V = n * M / ρ = 100*200,59/13,546 = 1481 см³.

Як видно, ми отримали точно такий же результат, як в попередньому способі вирішення завдання.