Ποιος είναι ο όγκος 100 mol υδραργύρου; Δύο τρόποι για να λυθεί το πρόβλημα

2024 Συγγραφέας: Angel Austin | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 05:22

Μια τυπική εργασία στη φυσική είναι ο υπολογισμός των όγκων διαφόρων ουσιών υπό ορισμένες εξωτερικές συνθήκες. Μία από αυτές τις ουσίες είναι ο υδράργυρος - ένα μέταλλο με μοναδικές φυσικές ιδιότητες. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε τρόπους επίλυσης της ακόλουθης εργασίας στη φυσική: τι όγκο καταλαμβάνουν 100 mol υδραργύρου;

Τι είναι ο υδράργυρος;

Αυτό είναι ένα χημικό στοιχείο κάτω από τον 80ο αριθμό του περιοδικού πίνακα. Ο γείτονάς του στα αριστερά είναι χρυσός. Ο υδράργυρος συμβολίζεται με το σύμβολο Hg (υδράργυρο). Το λατινικό όνομα μπορεί να μεταφραστεί ως "υγρό ασήμι". Πράγματι, σε θερμοκρασία δωματίου, το στοιχείο υπάρχει ως υγρό, το οποίο έχει ασημί χρώμα.

Το εν λόγω στοιχείο είναι το μόνο υγρό μέταλλο. Το γεγονός αυτό οφείλεται στη μοναδική ηλεκτρονική δομή των ατόμων του. Είναι εξαιρετικά σταθερό λόγω των πλήρως γεμισμένων κελυφών ηλεκτρονίων. Από αυτή την άποψη, ο υδράργυρος είναι παρόμοιος με τα αδρανή αέρια. Σταθερότητα ατόμουοδηγεί στη δυσκολία αποκόλλησης ενός ηλεκτρονίου από αυτό. Το τελευταίο σημαίνει ότι δεν υπάρχει μεταλλικός δεσμός μεταξύ των ατόμων Hg, αλλά αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μόνο λόγω των ασθενών δυνάμεων van der Waals.

Ο υδράργυρος λιώνει ήδη στους -39 ^oC. Το υγρό που προκύπτει είναι πολύ βαρύ. Η πυκνότητά του είναι 13.546 kg/m^{3, δηλαδή 13,5 φορές μεγαλύτερη από αυτή του απεσταγμένου νερού. Αυτή η τιμή πυκνότητας οφείλεται στη μεγάλη τιμή της ατομικής μάζας του στοιχείου, που είναι 200,59 π.μ.}

Σε συνέχεια του άρθρου, θα απαντήσουμε στο ερώτημα πόσο όγκο καταλαμβάνουν 100 moles υδραργύρου. Αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί με δύο διαφορετικούς τρόπους.

Λύση του προβλήματος με τον πρώτο τρόπο

Για να απαντήσει κανείς στην ερώτηση: «Ποιος είναι ο όγκος 100 mol υδραργύρου;», θα πρέπει να ανατρέξουμε στα σχετικά πειραματικά δεδομένα. Πρόκειται για μοριακό όγκο. Τέτοια δεδομένα μπορούν να βρεθούν στη βιβλιογραφία αναφοράς. Έτσι, σε έναν από τους πίνακες βρίσκουμε ότι στους 293 K (20 ^oC) ο μοριακός όγκος του εν λόγω υγρού μετάλλου είναι 14,81 cm³ /mol. Με άλλα λόγια, 1 mole ατόμων Hg καταλαμβάνει όγκο 14,81 cm^{3. Για να απαντήσετε στην ερώτηση του προβλήματος, αρκεί να πολλαπλασιάσετε αυτόν τον αριθμό με το 100.}

Έτσι, παίρνουμε την απάντηση: ο όγκος 100 mol υδραργύρου ισούται με 1481 cm3, που πρακτικά αντιστοιχεί σε 1,5 λίτρο.

Σημειώστε ότι χρησιμοποιήσαμε την τιμή μοριακού όγκου για 20 oC. Ωστόσο, η απάντηση που λήφθηκε δεν θα αλλάξει πολύ εάν ο υδράργυρος θεωρηθεί κάτω από οποιαδήποτε άλληθερμοκρασία επειδή ο συντελεστής θερμικής διαστολής του είναι πολύ μικρός.

Δεύτερη λύση

Απαντήστε στην ερώτηση πόσο όγκο καταλαμβάνουν 100 moles υδραργύρου χρησιμοποιώντας διαφορετική προσέγγιση από την προηγούμενη. Για να γίνει αυτό, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τα δεδομένα πυκνότητας και μοριακής μάζας για το εν λόγω μέταλλο.

Ο αρχικός τύπος για την επίλυση του προβλήματος θα είναι η ακόλουθη έκφραση:

ρ=m/V.

Πού μπορώ να εκφράσω την τιμή του V:

V=m/ρ.

Η μάζα n=100 mol μιας ουσίας ορίζεται ως εξής:

m=nM.

Όπου M είναι η μάζα ενός mol υδραργύρου. Στη συνέχεια, ο τύπος εργασίας για τον προσδιορισμό του όγκου θα γραφτεί ως εξής:

V=nM/ρ.

Η τιμή της μοριακής μάζας που έχουμε ήδη δώσει παραπάνω, αριθμητικά είναι ίση με την ατομική μάζα, εκφρασμένη μόνο σε γραμμάρια ανά mol (M=200, 59 g/mol). Η πυκνότητα του υδραργύρου είναι 13.546 kg/m³ ή 13,546 g/cm^{3. Αντικαθιστούμε αυτές τις τιμές στον τύπο, παίρνουμε:}

V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.

Όπως μπορείτε να δείτε, έχουμε ακριβώς το ίδιο αποτέλεσμα με την προηγούμενη μέθοδο επίλυσης του προβλήματος.