یک کار معمولی در فیزیک محاسبه حجم مواد مختلف در شرایط خارجی خاص است. یکی از این مواد جیوه است - فلزی با خواص فیزیکی منحصر به فرد. در این مقاله راه‌هایی را برای حل این تکلیف در فیزیک بررسی می‌کنیم: 100 مول جیوه چه حجمی را اشغال می‌کند؟
جیوه چیست؟
این عنصر شیمیایی زیر هشتادمین عدد جدول تناوبی است. همسایه آن در سمت چپ طلا است. جیوه با نماد جیوه (هیدرارژیرم) نشان داده می شود. نام لاتین را می توان به عنوان "نقره مایع" ترجمه کرد. در واقع، در دمای اتاق، این عنصر به صورت مایعی وجود دارد که رنگ نقره‌ای دارد.
عنصر مورد بحث تنها فلز مایع است. این واقعیت به دلیل ساختار الکترونیکی منحصر به فرد اتم های آن است. به دلیل لایه های الکترونی کاملاً پر شده، بسیار پایدار است. از این نظر جیوه شبیه گازهای بی اثر است. پایداری اتممنجر به دشواری جدا شدن یک الکترون از آن می شود. دومی به این معنی است که هیچ پیوند فلزی بین اتم های جیوه وجود ندارد، آنها تنها به دلیل نیروهای ضعیف واندروالس با یکدیگر برهم کنش دارند.
عطارد در حال حاضر در -39 oC ذوب می شود. مایع حاصل بسیار سنگین است. چگالی آن 13546 کیلوگرم در متر مربع است که 13.5 برابر آب مقطر است. این مقدار چگالی به دلیل مقدار زیاد جرم اتمی عنصر است که برابر با 200.59 بامداد است.
در ادامه مقاله به این سوال پاسخ خواهیم داد که 100 مول جیوه چقدر حجم را اشغال می کند. این مشکل به دو روش مختلف قابل حل است.
حل مشکل به روش اول
برای پاسخ به این سوال: "حجم 100 مول جیوه چقدر است؟" باید به داده های تجربی مربوطه مراجعه کرد. این در مورد حجم مولی است. چنین داده هایی را می توان در ادبیات مرجع یافت. بنابراین، در یکی از جداول متوجه می‌شویم که در 293 K (20 oC) حجم مولی فلز مایع مورد نظر 14.81 سانتی‌متر است3 /mol. به عبارت دیگر، 1 مول اتم جیوه حجمی برابر با 14.81 سانتی متر را اشغال می کند3. برای پاسخ به سوال کافی است این عدد را در 100 ضرب کنیم.
بنابراین، به جواب می رسیم: حجم 100 مول جیوه برابر با 1481 سانتی متر3 است که عملاً معادل 1.5 لیتر است.
توجه داشته باشید که ما از مقدار حجم مولی برای 20 oC استفاده کردیم. با این حال، اگر جیوه تحت هر دیگری در نظر گرفته شود، پاسخ دریافت شده تغییر چندانی نخواهد داشتدما زیرا ضریب انبساط حرارتی آن بسیار کم است.
راه حل دوم
به این سوال پاسخ دهید که 100 مول جیوه چقدر حجم دارد با روشی متفاوت از روش قبلی. برای انجام این کار، باید از داده های چگالی و جرم مولی فلز مورد نظر استفاده کنیم.
فرمول اولیه برای حل مسئله عبارت زیر خواهد بود:
ρ=m/V.
از کجا می توانم مقدار V را بیان کنم:
V=m/ρ.
جرم n=100 mol یک ماده به صورت زیر تعریف می شود:
m=nM.
که در آن M جرم یک مول جیوه است. سپس فرمول کاری برای تعیین حجم به صورت زیر نوشته می شود:
V=nM/ρ.
مقدار جرم مولی که قبلاً در بالا آورده ایم، از نظر عددی برابر با جرم اتمی است که فقط بر حسب گرم بر مول بیان می شود (M=200، 59 گرم در مول). چگالی جیوه 13546 کیلوگرم در متر مربع است. ما این مقادیر را در فرمول جایگزین می کنیم، دریافت می کنیم:
V=nM/ρ=100200، 59/13، 546=1481 cm3.
همانطور که می بینید، ما دقیقاً به همان نتیجه ای رسیدیم که در روش قبلی حل مسئله بود.
