Typickým úkolem ve fyzice je vypočítat objemy různých látek za určitých vnějších podmínek. Jednou z těchto látek je rtuť – kov s unikátními fyzikálními vlastnostmi. V tomto článku zvážíme způsoby, jak vyřešit následující úlohu ve fyzice: jaký objem zaujímá 100 molů rtuti?
Co je rtuť?
Toto je chemický prvek pod 80. číslem v periodické tabulce. Jeho soused nalevo je zlatý. Rtuť se označuje symbolem Hg (hydrargyrum). Latinský název lze přeložit jako „tekuté stříbro“. Při pokojové teplotě prvek skutečně existuje jako kapalina, která má stříbřitou barvu.
Dotyčný prvek je jediný tekutý kov. Tato skutečnost je způsobena unikátní elektronovou strukturou jeho atomů. Je extrémně stabilní díky plně vyplněným elektronovým obalům. V tomto ohledu je rtuť podobná inertním plynům. Stabilita atomuvede k obtížnosti oddělit od něj elektron. To druhé znamená, že mezi atomy Hg není žádná kovová vazba, interagují spolu pouze díky slabým van der Waalsovým silám.
Rtuť taje již při -39 oC. Výsledná kapalina je velmi těžká. Jeho hustota je 13 546 kg/m3, což je 13,5krát větší hustota než destilovaná voda. Tato hodnota hustoty je způsobena velkou hodnotou atomové hmotnosti prvku, která je 200,59 a.m.u.
Dále v článku odpovíme na otázku, jaký objem zabírá 100 molů rtuti. Tento problém lze vyřešit dvěma různými způsoby.
Řešení problému prvním způsobem
Chcete-li odpovědět na otázku: „Jaký je objem 100 molů rtuti?“, je třeba se obrátit na relevantní experimentální data. Jde o molární objem. Takové údaje lze nalézt v referenční literatuře. V jedné z tabulek tedy zjistíme, že při 293 K (20 oC) je molární objem daného tekutého kovu 14,81 cm3 /mol. Jinými slovy, 1 mol atomů Hg zabírá objem 14,81 cm3. K zodpovězení otázky problému stačí toto číslo vynásobit 100.
Dostáváme tedy odpověď: objem 100 molů rtuti se rovná 1481 cm3, což prakticky odpovídá 1,5 litru.
Všimněte si, že jsme použili hodnotu molárního objemu pro 20 oC. Obdržená odpověď se však příliš nezmění, pokud bude rtuť považována za jinouteplotu, protože jeho koeficient tepelné roztažnosti je velmi malý.
Druhé řešení
Odpovězte na otázku, kolik objemu zabere 100 molů rtuti pomocí jiného přístupu než předchozího. K tomu potřebujeme použít údaje o hustotě a molární hmotnosti daného kovu.
Počáteční vzorec pro řešení problému bude následující výraz:
ρ=m/V.
Kde mohu vyjádřit hodnotu V:
V=m/ρ.
Hmotnost n=100 mol látky je definována následovně:
m=nM.
Kde M je hmotnost jednoho molu rtuti. Poté bude pracovní vzorec pro stanovení objemu napsán takto:
V=nM/ρ.
Hodnota molární hmotnosti, kterou jsme již uvedli výše, číselně se rovná atomové hmotnosti, pouze vyjádřená v gramech na mol (M=200, 59 g/mol). Hustota rtuti je 13 546 kg/m3 nebo 13,546 g/cm3. Tyto hodnoty dosadíme do vzorce, dostaneme:
V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.
Jak můžete vidět, dostali jsme přesně stejný výsledek jako v předchozím způsobu řešení problému.
