En typisk uppgift inom fysiken är att beräkna volymen av olika ämnen under vissa yttre förhållanden. Ett av dessa ämnen är kvicksilver - en metall med unika fysikaliska egenskaper. I den här artikeln kommer vi att överväga sätt att lösa följande uppgift inom fysik: vilken volym upptar 100 mol kvicksilver?
Vad är kvicksilver?
Detta är ett kemiskt grundämne under det 80:e numret i det periodiska systemet. Dess granne till vänster är guld. Kvicksilver betecknas med symbolen Hg (hydrargyrum). Det latinska namnet kan översättas till "flytande silver". Faktum är att elementet vid rumstemperatur existerar som en vätska, som har en silverfärgad färg.
Elementet i fråga är den enda flytande metallen. Detta faktum beror på den unika elektroniska strukturen hos dess atomer. Den är extremt stabil på grund av fullt fyllda elektronskal. I detta avseende liknar kvicksilver inerta gaser. Atomstabilitetleder till svårigheten att lossa en elektron från den. Det senare betyder att det inte finns någon metallisk bindning mellan Hg-atomer, de interagerar med varandra endast på grund av svaga van der Waals-krafter.
Mercury smälter redan vid -39 oC. Den resulterande vätskan är mycket tung. Dess densitet är 13 546 kg/m3, vilket är 13,5 gånger den för destillerat vatten. Detta densitetsvärde beror på det stora värdet på grundämnets atommassa, vilket är 200.59 f.m.u.
Längre fram i artikeln kommer vi att svara på frågan om hur mycket volym som upptas av 100 mol kvicksilver. Det här problemet kan lösas på två olika sätt.
Lösning av problemet i första hand
För att svara på frågan: "Vad är volymen av 100 mol kvicksilver?", bör man hänvisa till relevanta experimentella data. Det handlar om molvolym. Sådana data finns i referenslitteraturen. Så i en av tabellerna finner vi att vid 293 K (20 oC) är molvolymen för den flytande metallen i fråga 14,81 cm3 /mol. Med andra ord, 1 mol Hg-atomer upptar en volym av 14,81 cm3. För att svara på frågan om problemet räcker det att multiplicera detta tal med 100.
Därmed får vi svaret: volymen av 100 mol kvicksilver är lika med 1481 cm3, vilket praktiskt taget motsvarar 1,5 liter.
Observera att vi använde molarvolymvärdet för 20 oC. Svaret kommer dock inte att förändras mycket om kvicksilver betraktas som något annattemperatur eftersom dess termiska expansionskoefficient är mycket liten.
Andra lösning
Svara på frågan om hur mycket volym 100 mol kvicksilver tar upp med ett annat tillvägagångssätt än det föregående. För att göra detta måste vi använda densitets- och molmassadata för metallen i fråga.
Den initiala formeln för att lösa problemet kommer att vara följande uttryck:
ρ=m/V.
Var kan jag uttrycka värdet på V:
V=m/ρ.
Massan n=100 mol av ett ämne definieras enligt följande:
m=nM.
Där M är massan av en mol kvicksilver. Då kommer arbetsformeln för att bestämma volymen att skrivas enligt följande:
V=nM/ρ.
Värdet på molmassan vi redan har angett ovan, numeriskt är det lika med atommassan, endast uttryckt i gram per mol (M=200, 59 g/mol). Kvicksilverdensiteten är 13 546 kg/m3 eller 13,546 g/cm3. Vi ersätter dessa värden i formeln, vi får:
V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.
Som du kan se fick vi exakt samma resultat som i den tidigare metoden för att lösa problemet.
