Hvad er volumen af 100 mol kviksølv? To måder at løse problemet på

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 05:21

En typisk opgave i fysik er at beregne mængden af forskellige stoffer under visse ydre forhold. Et af disse stoffer er kviksølv - et metal med unikke fysiske egenskaber. I denne artikel vil vi overveje måder at løse følgende opgave i fysik på: hvilken volumen optager 100 mol kviksølv?

Hvad er kviksølv?

Dette er et kemisk grundstof under det 80. tal i det periodiske system. Dens nabo til venstre er guld. Kviksølv er betegnet med symbolet Hg (hydrargyrum). Det latinske navn kan oversættes til "flydende sølv". Ved stuetemperatur eksisterer grundstoffet faktisk som en væske, som har en sølvfarvet farve.

Det pågældende element er det eneste flydende metal. Dette faktum skyldes den unikke elektroniske struktur af dets atomer. Det er ekstremt stabilt på grund af fuldt fyldte elektronskaller. I denne henseende ligner kviksølv inerte gasser. Atom stabilitetfører til vanskeligheden ved at løsrive en elektron fra den. Det sidste betyder, at der ikke er nogen metallisk binding mellem Hg-atomer, de interagerer kun med hinanden på grund af svage van der Waals-kræfter.

Mercury smelter allerede ved -39 ^oC. Den resulterende væske er meget tung. Dens massefylde er 13.546 kg/m^{3, hvilket er 13,5 gange så meget som destilleret vand. Denne tæthedsværdi skyldes den store værdi af grundstoffets atommasse, som er 200,59 a.m.u.}

Længere i artiklen vil vi besvare spørgsmålet om, hvor meget volumen der optages af 100 mol kviksølv. Dette problem kan løses på to forskellige måder.

Løsning af problemet på den første måde

For at besvare spørgsmålet: "Hvad er volumen af 100 mol kviksølv?", bør man henvise til de relevante eksperimentelle data. Det handler om molarvolumen. Sådanne data kan findes i referencelitteraturen. Så i en af tabellerne finder vi, at ved 293 K (20 ^oC) er det molære volumen af det pågældende flydende metal 14,81 cm³ /mol. Med andre ord optager 1 mol Hg-atomer et volumen på 14,81 cm^{3. For at besvare spørgsmålet om problemet er det nok at gange dette tal med 100.}

Dermed får vi svaret: rumfanget af 100 mol kviksølv er lig med 1481 cm3, hvilket praktisk t alt svarer til 1,5 liter.

Bemærk, at vi brugte den molære volumenværdi for 20 oC. Det modtagne svar vil dog ikke ændre sig meget, hvis kviksølv betragtes som noget andettemperatur, fordi dens termiske udvidelseskoefficient er meget lille.

Anden løsning

Besvar spørgsmålet om, hvor meget volumen 100 mol kviksølv fylder ved at bruge en anden tilgang end den forrige. For at gøre dette skal vi bruge data for densitet og molmasse for det pågældende metal.

Den indledende formel for at løse problemet vil være følgende udtryk:

ρ=m/V.

Hvor kan jeg udtrykke værdien af V:

V=m/ρ.

Massen n=100 mol af et stof er defineret som følger:

m=nM.

Hvor M er massen af et mol kviksølv. Derefter vil arbejdsformlen til bestemmelse af volumen blive skrevet som følger:

V=nM/ρ.

Værdien af den molære masse, vi allerede har givet ovenfor, numerisk er den lig med atommassen, kun udtrykt i gram pr. mol (M=200, 59 g/mol). Densiteten af kviksølv er 13.546 kg/m³ eller 13,546 g/cm^{3. Vi erstatter disse værdier i formlen, vi får:}

V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.

Som du kan se, fik vi nøjagtig det samme resultat som i den forrige metode til at løse problemet.