Типична задача във физиката е да се изчислят обемите на различни вещества при определени външни условия. Едно от тези вещества е живакът – метал с уникални физични свойства. В тази статия ще разгледаме начини за решаване на следната задача във физиката: какъв обем заемат 100 мола живак?
Какво е живак?
Това е химичен елемент под 80-то число в периодичната таблица. Неговият съсед отляво е златен. Живакът се обозначава със символа Hg (hydrargyrum). Латинското име може да се преведе като "течно сребро". Всъщност при стайна температура елементът съществува като течност, която има сребрист цвят.
Въпросният елемент е единственият течен метал. Този факт се дължи на уникалната електронна структура на неговите атоми. Той е изключително стабилен поради напълно запълнени електронни обвивки. В това отношение живакът е подобен на инертните газове. Стабилност на атомаводи до трудност при отделянето на електрон от него. Последното означава, че няма метална връзка между Hg атомите, те взаимодействат помежду си само поради слабите сили на Ван дер Ваалс.
Меркурий вече се топи при -39 oC. Получената течност е много тежка. Плътността му е 13 546 kg/m3, което е 13,5 пъти повече от дестилираната вода. Тази стойност на плътността се дължи на голямата стойност на атомната маса на елемента, която е 200,59 a.m.u.
По-нататък в статията ще отговорим на въпроса колко обем заемат 100 мола живак. Този проблем може да бъде решен по два различни начина.
Решение на проблема по първия начин
За да се отговори на въпроса: "Какъв е обемът на 100 мола живак?", трябва да се обърнете към съответните експериментални данни. Става дума за моларен обем. Такива данни могат да бъдат намерени в справочната литература. И така, в една от таблиците откриваме, че при 293 K (20 oC) моларният обем на въпросния течен метал е 14,81 cm3 /mol. С други думи, 1 мол Hg атоми заема обем от 14,81 cm3. За да отговорите на въпроса на задачата, достатъчно е да умножите това число по 100.
Така получаваме отговора: обемът на 100 мола живак е равен на 1481 см3, което на практика отговаря на 1,5 литра.
Забележете, че използвахме стойността на моларния обем за 20 oC. Полученият отговор обаче няма да се промени много, ако живакът се разглежда под някое друготемпература, тъй като неговият коефициент на топлинно разширение е много малък.
Второ решение
Отговорете на въпроса колко обем заемат 100 мола живак, като използвате подход, различен от предишния. За да направим това, трябва да използваме данните за плътността и моларната маса за въпросния метал.
Началната формула за решаване на проблема ще бъде следният израз:
ρ=m/V.
Къде мога да изразя стойността на V:
V=m/ρ.
Масата n=100 mol на веществото се дефинира, както следва:
m=nM.
Където M е масата на един мол живак. Тогава работната формула за определяне на обема ще бъде написана, както следва:
V=nM/ρ.
Стойността на моларната маса, която вече дадохме по-горе, числено тя е равна на атомната маса, изразена само в грамове на mol (M=200, 59 g/mol). Плътността на живака е 13,546 kg/m3 или 13,546 g/cm3. Заместваме тези стойности във формулата, получаваме:
V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.
Както можете да видите, получихме точно същия резултат като при предишния метод за решаване на проблема.
