Een typische taak in de natuurkunde is het berekenen van de volumes van verschillende stoffen onder bepaalde externe omstandigheden. Een van deze stoffen is kwik - een metaal met unieke fysieke eigenschappen. In dit artikel zullen we manieren bekijken om de volgende taak in de natuurkunde op te lossen: welk volume neemt 100 mol kwik in beslag?
Wat is kwik?
Dit is een scheikundig element onder het 80e getal in het periodiek systeem. Zijn buurman aan de linkerkant is goud. Mercurius wordt aangeduid met het symbool Hg (hydrargyrum). De Latijnse naam kan worden vertaald als "vloeibaar zilver". Bij kamertemperatuur bestaat het element inderdaad als een vloeistof, die een zilverachtige kleur heeft.
Het betreffende element is het enige vloeibare metaal. Dit feit is te wijten aan de unieke elektronische structuur van zijn atomen. Het is extreem stabiel door volledig gevulde elektronenschillen. In dit opzicht is kwik vergelijkbaar met inerte gassen. Atoom stabiliteitleidt tot de moeilijkheid om er een elektron van los te maken. Dit laatste betekent dat er geen metaalbinding is tussen Hg-atomen, ze interageren alleen met elkaar door zwakke van der Waals-krachten.
Kwik smelt al bij -39 oC. De resulterende vloeistof is erg zwaar. De dichtheid is 13.546 kg/m3, wat 13,5 keer die van gedestilleerd water is. Deze dichtheidswaarde is te wijten aan de grote waarde van de atomaire massa van het element, namelijk 200.59 a.m.u.
Verder in het artikel zullen we de vraag beantwoorden hoeveel volume wordt ingenomen door 100 mol kwik. Dit probleem kan op twee verschillende manieren worden opgelost.
Oplossing van het probleem op de eerste manier
Om de vraag te beantwoorden: "Wat is het volume van 100 mol kwik?", moet men verwijzen naar de relevante experimentele gegevens. Het gaat om het molair volume. Dergelijke gegevens zijn te vinden in de referentieliteratuur. Dus in een van de tabellen vinden we dat bij 293 K (20 oC) het molaire volume van het vloeibare metaal in kwestie 14,81 cm is3 /mol. Met andere woorden, 1 mol Hg-atomen neemt een volume in van 14,81 cm3. Om de vraag van het probleem te beantwoorden, volstaat het om dit getal met 100 te vermenigvuldigen.
Zo krijgen we het antwoord: het volume van 100 mol kwik is gelijk aan 1481 cm3, wat praktisch overeenkomt met 1,5 liter.
Merk op dat we de molaire volumewaarde hebben gebruikt voor 20 oC. Het ontvangen antwoord zal echter niet veel veranderen als kwik onder een ander wordt beschouwdtemperatuur omdat de thermische uitzettingscoëfficiënt erg klein is.
Tweede oplossing
Beantwoord de vraag hoeveel volume 100 mol kwik inneemt met een andere benadering dan de vorige. Om dit te doen, moeten we de gegevens over dichtheid en molmassa voor het betreffende metaal gebruiken.
De initiële formule voor het oplossen van het probleem is de volgende uitdrukking:
ρ=m/V.
Waar kan ik de waarde van V uitdrukken:
V=m/ρ.
De massa n=100 mol van een stof wordt als volgt gedefinieerd:
m=nM.
Waarbij M de massa is van één mol kwik. Dan wordt de werkformule voor het bepalen van het volume als volgt geschreven:
V=nM/ρ.
De waarde van de molaire massa die we hierboven al hebben gegeven, is numeriek gelijk aan de atomaire massa, alleen uitgedrukt in gram per mol (M=200, 59 g/mol). De dichtheid van kwik is 13.546 kg/m3 of 13.546 g/cm3. We vervangen deze waarden in de formule, we krijgen:
V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.
Zoals je kunt zien, kregen we precies hetzelfde resultaat als bij de vorige methode om het probleem op te lossen.
