Typickou úlohou vo fyzike je vypočítať objemy rôznych látok za určitých vonkajších podmienok. Jednou z týchto látok je ortuť – kov s jedinečnými fyzikálnymi vlastnosťami. V tomto článku zvážime spôsoby, ako vyriešiť nasledujúcu úlohu vo fyzike: aký objem zaberá 100 mólov ortuti?
Čo je ortuť?
Toto je chemický prvok pod 80. číslom v periodickej tabuľke. Jeho sused naľavo je zlatý. Ortuť sa označuje symbolom Hg (hydrargyrum). Latinský názov možno preložiť ako „tekuté striebro“. Pri izbovej teplote prvok skutočne existuje ako kvapalina, ktorá má striebristú farbu.
Príslušný prvok je jediný tekutý kov. Táto skutočnosť je spôsobená jedinečnou elektrónovou štruktúrou jeho atómov. Je mimoriadne stabilný vďaka plne vyplneným elektrónovým obalom. V tomto ohľade je ortuť podobná inertným plynom. Stabilita atómuvedie k ťažkostiam pri oddelení elektrónu od neho. To druhé znamená, že medzi atómami Hg nie je žiadna kovová väzba, interagujú spolu iba vďaka slabým van der Waalsovým silám.
Ortuť sa topí už pri -39 oC. Výsledná kvapalina je veľmi ťažká. Jeho hustota je 13 546 kg/m3, čo je 13,5-násobok hustoty destilovanej vody. Táto hodnota hustoty je spôsobená veľkou hodnotou atómovej hmotnosti prvku, ktorá je 200,59 a.m.u.
Ďalej v článku odpovieme na otázku, koľko objemu zaberá 100 mólov ortuti. Tento problém možno vyriešiť dvoma rôznymi spôsobmi.
Riešenie problému prvým spôsobom
Ak chcete odpovedať na otázku: „Aký je objem 100 mólov ortuti?“, mali by ste sa obrátiť na príslušné experimentálne údaje. Ide o molárny objem. Takéto údaje možno nájsť v referenčnej literatúre. Takže v jednej z tabuliek zistíme, že pri 293 K (20 oC) je molárny objem príslušného tekutého kovu 14,81 cm3 /mol. Inými slovami, 1 mol atómov Hg zaberá objem 14,81 cm3. Na zodpovedanie otázky postačí vynásobiť toto číslo 100.
Dostávame teda odpoveď: objem 100 mólov ortuti sa rovná 1481 cm3, čo prakticky zodpovedá 1,5 litru.
Všimnite si, že sme použili hodnotu molárneho objemu pre 20 oC. Obdržaná odpoveď sa však príliš nezmení, ak sa ortuť bude považovať za inúteplotu, pretože jeho koeficient tepelnej rozťažnosti je veľmi malý.
Druhé riešenie
Odpovedzte na otázku, koľko objemu zaberá 100 mólov ortuti, použitím iného prístupu, ako bol ten predchádzajúci. Aby sme to dosiahli, musíme použiť údaje o hustote a molárnej hmotnosti daného kovu.
Počiatočný vzorec na vyriešenie problému bude nasledujúci výraz:
ρ=m/V.
Kde môžem vyjadriť hodnotu V:
V=m/ρ.
Hmotnosť n=100 mol látky je definovaná takto:
m=nM.
Kde M je hmotnosť jedného mólu ortuti. Potom bude pracovný vzorec na určenie objemu napísaný takto:
V=nM/ρ.
Hodnota molárnej hmotnosti, ktorú sme už uviedli vyššie, číselne sa rovná atómovej hmotnosti, len vyjadrená v gramoch na mol (M=200, 59 g/mol). Hustota ortuti je 13 546 kg/m3 alebo 13,546 g/cm3. Tieto hodnoty dosadíme do vzorca, dostaneme:
V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.
Ako vidíte, dostali sme presne rovnaký výsledok ako pri predchádzajúcej metóde riešenia problému.
