Tüüpiline füüsikaülesanne on erinevate ainete mahtude arvutamine teatud välistingimustes. Üks neist ainetest on elavhõbe – ainulaadsete füüsikaliste omadustega metall. Selles artiklis käsitleme järgmise füüsikaülesande lahendamise viise: millise mahu hõivab 100 mooli elavhõbedat?
Mis on elavhõbe?
See on perioodilisuse tabeli 80. numbri all olev keemiline element. Selle vasakpoolne naaber on kuldne. Elavhõbedat tähistatakse sümboliga Hg (hydrargyrum). Ladinakeelset nimetust võib tõlkida kui "vedel hõbe". Tõepoolest, toatemperatuuril eksisteerib element vedelikuna, millel on hõbedane värv.
Kõnealune element on ainus vedel metall. See asjaolu on tingitud selle aatomite ainulaadsest elektroonilisest struktuurist. Tänu täielikult täidetud elektronkihtidele on see äärmiselt stabiilne. Sellega seoses on elavhõbe sarnane inertgaasidega. Aatomi stabiilsuspõhjustab raskusi elektroni sellest eraldamisel. Viimane tähendab, et Hg aatomite vahel puudub metalliline side, nad interakteeruvad üksteisega ainult nõrkade van der Waalsi jõudude tõttu.
Elavhõbe sulab juba -39 oC juures. Saadud vedelik on väga raske. Selle tihedus on 13 546 kg/m3, mis on 13,5 korda suurem kui destilleeritud vee oma. See tiheduse väärtus on tingitud elemendi aatommassi suurest väärtusest, mis on 200,59 a.m.u.
Edaspidi artiklis vastame küsimusele, kui suure mahu võtab enda alla 100 mooli elavhõbedat. Seda probleemi saab lahendada kahel erineval viisil.
Probleemi lahendamine esimesel viisil
Selleks, et vastata küsimusele: "Mis on 100 mooli elavhõbeda maht?", tuleks viidata asjakohastele katseandmetele. See puudutab molaarset mahtu. Selliseid andmeid võib leida teatmekirjandusest. Niisiis, ühest tabelist leiame, et temperatuuril 293 K (20 oC) on kõnealuse vedela metalli molaarmaht 14,81 cm3 /mol. Teisisõnu, 1 mool Hg aatomeid võtab enda alla 14,81 cm3. Probleemi küsimusele vastamiseks piisab selle arvu korrutamisest 100-ga.
Seega saame vastuse: 100 mooli elavhõbeda maht võrdub 1481 cm3, mis praktiliselt vastab 1,5 liitrile.
Pange tähele, et kasutasime molaarmahu väärtust 20 oC jaoks. Saadud vastus aga palju ei muutu, kui elavhõbedat mõne muu alla lugedatemperatuur, kuna selle soojuspaisumistegur on väga väike.
Teine lahendus
Vastake küsimusele, kui palju 100 mooli elavhõbedat endasse võtab, kasutades eelnevast erinevat lähenemist. Selleks peame kasutama kõnealuse metalli tiheduse ja molaarmassi andmeid.
Probleemi lahendamise esialgne valem on järgmine avaldis:
ρ=m/V.
Kus ma saan väljendada V väärtust:
V=m/ρ.
Aine mass n=100 mol on määratletud järgmiselt:
m=nM.
Kus M on ühe mooli elavhõbeda mass. Seejärel kirjutatakse helitugevuse määramise töövalem järgmiselt:
V=nM/ρ.
Molaarmassi väärtus, mille oleme juba eespool andnud, on arvuliselt võrdne aatommassiga, väljendatuna ainult grammides mooli kohta (M=200, 59 g/mol). Elavhõbeda tihedus on 13 546 kg/m3 või 13,546 g/cm3. Asendame need väärtused valemis, saame:
V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.
Nagu näete, saime täpselt sama tulemuse, mis eelmise ülesande lahendamise meetodi puhul.
