Типовою задачею з фізики є обчислення обсягів різних речовин при тих чи інших зовнішніх умов. Одним з таких речовин є ртуть - метал, що володіє унікальними фізичними властивостями. У цій статті розглянемо шляхи вирішення наступного завдання у фізиці: який об'єм займають 100 моль ртуті?
Що таке ртуть?
Мова йде про хімічному елементі під 80-м номером в таблиці Менделєєва. Його сусідом ліворуч є золото. Позначається ртуть символом Hg (гидраргирум). Латинська назва можна перевести як "рідке срібло". Справді, 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. У цьому плані схожа на ртуть інертні гази. Стабільність атома приводить до складності відриву електрона від нього. Останнє означає, що між атомами Hg не існує металевої зв'язки, вони один з одним взаємодіють тільки за рахунок слабких ван-дер-ваальсових сил. Ртуть плавиться вже при температурі -39 o C. Отримана рідина є дуже важкою. Її щільність становить 13546 кг/м 3 , що в 135 рази більше, ніж у дистильованої води. Таке значення щільності обумовлено великою величиною атомної маси елемента, яка дорівнює 20059 а.е.м.
Далі в статті відповімо на питання про те, який об'єм займають 100 моль ртуті. Рішення цієї задачі може бути здійснено двома різними способами.
Рішення задачі першим способом
Щоб відповісти на питання: "Який об'єм займає 100 моль ртуті?", слід звернутися до відповідних експериментальними даними. Мова йде про молярному обсязі. Такі дані можна знайти в довідковій літературі. Так, в одній з таблиць знаходимо, що при 293 К (20 o C) молярний об'єм розглянутого рідкого металу становить 1481 см 3 /моль. Іншими словами, 1 моль атомів Hg займає обсяг 1481 см 3 . Щоб відповісти на запитання задачі, достатньо помножити це число на 100. Таким чином, ми отримуємо відповідь: обсяг 100 моль ртуті дорівнює 1481 см 3 , що практично відповідає 15 літра. Зауважимо, що ми використовували значення молярного об'єму для 20 o C. Однак отриманий відповідь практично не зміниться, якщо ртуть буде розглядатися при будь-якій іншій температурі, оскільки її коефіцієнт теплового розширення є дуже маленьким.
Другий спосіб рішення
Відповісти на питання про те, який об'єм займають 100 моль ртуті, можна з використанням відмінного від попереднього підходу. Для цього нам потрібно скористатися даними щільності та молярної маси для даного металу. Вихідною формулою для вирішення проблеми буде наступне вираз: ? = m/V. Звідки можна виразити величину V: V = m/?. 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/?. Значення молярної маси ми вже наводили вище, чисельно вона дорівнює атомній масі, тільки виражається в грамах на моль (M = 20059 г/моль). Щільність ртуті становить 13546 кг/м 3 або 13546 г/см 3 . Підставляємо ці значення в формулу, отримуємо: V = n*M/? = 100*20059/13546 = 1481 см 3 . Як видно, ми отримали такий самий результат, як в попередньому способі розв'язання задачі.
