Какой объем занимают 100 моль ртути? Два способа решения задачи

Типичной задачей по физике является вычисление объемов различных веществ при тех или иных внешних условиях. Одним из таких веществ является ртуть - металл, обладающий уникальными физическими свойствами. В данной статье рассмотрим пути решения следующего задания в физике: какой объем занимают 100 моль ртути?

Что такое ртуть?

Речь идет о химическом элементе под 80-м номером в таблице Менделеева. Его соседом слева является золото. Обозначается ртуть символом Hg (гидраргирум). Латинское название можно перевести как "жидкое серебро". Действительно, при комнатной температуре элемент существует в виде жидкости, которая имеет серебристый цвет.

Рассматриваемый элемент является единственным жидким металлом. Этот факт обусловлен уникальной электронной структурой его атомов. Она является чрезвычайно стабильной за счет полностью заполненных электронных оболочек. В этом плане ртуть похожа на инертные газы. Стабильность атома приводит к сложности отрыва электрона от него. Последнее означает, что между атомами Hg не существует металлической связи, они друг с другом взаимодействуют только за счет слабых ван-дер-ваальсовых сил.

Ртуть плавится уже при температуре -39 ^oC. Полученная жидкость является очень тяжелой. Ее плотность составляет 13 546 кг/м³, что в 13,5 раза больше, чем у дистиллированной воды. Такое значение плотности обусловлено большой величиной атомной массы элемента, которая равна 200,59 а.е.м.

Далее в статье ответим на вопрос о том, какой объем занимают 100 моль ртути. Решение этой задачи может быть осуществлено двумя различными способами.

Решение задачи первым способом

Чтобы ответить на вопрос: "Какой объем занимает 100 моль ртути?", следует обратиться к соответствующим экспериментальным данным. Речь идет о молярном объеме. Такие данные можно найти в справочной литературе. Так, в одной из таблиц находим, что при 293 К (20 ^oC) молярный объем рассматриваемого жидкого металла составляет 14,81 см³/моль. Иными словами, 1 моль атомов Hg занимает объем 14,81 см³. Чтобы ответить на вопрос задачи, достаточно умножить это число на 100.

Таким образом, мы получаем ответ: объем 100 моль ртути равен 1481 см³, что практически соответствует 1,5 литра.

Заметим, что мы использовали значение молярного объема для 20 ^oC. Однако полученный ответ практически не изменится, если ртуть будет рассматриваться при любой другой температуре, поскольку коэффициент ее теплового расширения является очень маленьким.

Второй способ решения

Ответить на вопрос о том, какой объем занимают 100 моль ртути, можно с использованием отличного от предыдущего подхода. Для этого нам нужно воспользоваться данными плотности и молярной массы для рассматриваемого металла.

Исходной формулой для решения проблемы будет следующее выражение:

ρ = m/V.

Откуда можно выразить величину V:

V = m/ρ.

Масса n = 100 моль вещества определяется так:

m = n*M.

Где M - масса одного моль ртути. Тогда рабочая формула для определения объема запишется в таком виде:

V = n*M/ρ.

Значение молярной массы мы уже приводили выше, численно она равна атомной массе, только выражается в граммах на моль (M = 200,59 г/моль). Плотность ртути составляет 13 546 кг/м³ или 13,546 г/см³. Подставляем эти величины в формулу, получаем:

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

Как видно, мы получили точно такой же результат, как в предыдущем способе решения задачи.