Un compito tipico in fisica è calcolare i volumi di varie sostanze in determinate condizioni esterne. Una di queste sostanze è il mercurio, un metallo con proprietà fisiche uniche. In questo articolo, considereremo i modi per risolvere il seguente compito in fisica: quale volume occupano 100 moli di mercurio?
Cos'è il mercurio?
Questo è un elemento chimico sotto l'80° numero della tavola periodica. Il suo vicino a sinistra è d'oro. Mercurio è indicato con il simbolo Hg (hydrargyrum). Il nome latino può essere tradotto come "argento liquido". Infatti, a temperatura ambiente, l'elemento esiste come un liquido, che ha un colore argenteo.
L'elemento in questione è l'unico metallo liquido. Questo fatto è dovuto alla struttura elettronica unica dei suoi atomi. È estremamente stabile grazie ai gusci di elettroni completamente riempiti. A questo proposito, il mercurio è simile ai gas inerti. Stabilità dell'atomoporta alla difficoltà di staccare un elettrone da esso. Quest'ultimo significa che non c'è alcun legame metallico tra gli atomi di Hg, interagiscono tra loro solo a causa delle deboli forze di van der Waals.
Mercurio si scioglie già a -39 oC. Il liquido risultante è molto pesante. La sua densità è 13.546 kg/m3, che è 13,5 volte quella dell'acqua distillata. Questo valore di densità è dovuto al grande valore della massa atomica dell'elemento, che è 200,59 a.m.u.
Più avanti nell'articolo, risponderemo alla domanda su quanto volume è occupato da 100 moli di mercurio. Questo problema può essere risolto in due modi diversi.
Risoluzione del problema nel primo modo
Per rispondere alla domanda: "Qual è il volume di 100 moli di mercurio?", si dovrebbe fare riferimento ai dati sperimentali pertinenti. Riguarda il volume molare. Tali dati possono essere trovati nella letteratura di riferimento. Quindi, in una delle tabelle troviamo che a 293 K (20 oC) il volume molare del metallo liquido in questione è 14,81 cm3 /mol. In altre parole, 1 mole di atomi di Hg occupa un volume di 14,81 cm3. Per rispondere alla domanda del problema basta moltiplicare questo numero per 100.
Otteniamo così la risposta: il volume di 100 moli di mercurio è pari a 1481 cm3, che corrisponde praticamente a 1,5 litri.
Nota che abbiamo usato il valore del volume molare per 20 oC. Tuttavia, la risposta ricevuta non cambierà molto se il mercurio viene considerato sotto qualsiasi altrotemperatura perché il suo coefficiente di dilatazione termica è molto piccolo.
Seconda soluzione
Rispondi alla domanda su quanto volume raccolgono 100 moli di mercurio usando un approccio diverso dal precedente. Per fare ciò, dobbiamo utilizzare i dati di densità e massa molare per il metallo in questione.
La formula iniziale per risolvere il problema sarà la seguente espressione:
ρ=m/V.
Dove posso esprimere il valore di V:
V=m/ρ.
La massa n=100 mol di una sostanza è definita come segue:
m=nM.
Dove M è la massa di una mole di mercurio. Quindi la formula di lavoro per determinare il volume sarà scritta come segue:
V=nM/ρ.
Il valore della massa molare che abbiamo già dato sopra, numericamente è uguale alla massa atomica, espressa solo in grammi per mol (M=200, 59 g/mol). La densità del mercurio è 13.546 kg/m3 o 13.546 g/cm3. Sostituiamo questi valori nella formula, otteniamo:
V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.
Come puoi vedere, abbiamo ottenuto esattamente lo stesso risultato del metodo precedente per risolvere il problema.
