Eine typische Aufgabenstellung in der Physik ist es, die Volumina verschiedener Substanzen unter bestimmten äußeren Bedingungen zu berechnen. Eine dieser Substanzen ist Quecksilber – ein Metall mit einzigartigen physikalischen Eigenschaften. In diesem Artikel werden wir Möglichkeiten zur Lösung der folgenden physikalischen Aufgabe betrachten: Welches Volumen nehmen 100 Mol Quecksilber ein?
Was ist Quecksilber?
Dies ist ein chemisches Element unter der 80. Zahl im Periodensystem. Sein Nachbar auf der linken Seite ist Gold. Quecksilber wird mit dem Symbol Hg (Hydrargyrum) bezeichnet. Der lateinische Name lässt sich mit „flüssiges Silber“übersetzen. Tatsächlich liegt das Element bei Raumtemperatur als Flüssigkeit vor, die eine silbrige Farbe hat.
Das fragliche Element ist das einzige flüssige Metall. Diese Tatsache ist auf die einzigartige elektronische Struktur seiner Atome zurückzuführen. Durch vollständig gefüllte Elektronenschalen ist es äußerst stabil. In dieser Hinsicht ähnelt Quecksilber Edelgasen. Atomstabilitätführt zu der Schwierigkeit, ein Elektron davon abzulösen. Letzteres bedeutet, dass zwischen den Hg-Atomen keine metallische Bindung besteht, sie interagieren nur aufgrund schwacher Van-der-Waals-Kräfte.
Quecksilber schmilzt bereits bei -39 oC. Die resultierende Flüssigkeit ist sehr schwer. Seine Dichte beträgt 13.546 kg/m3, was dem 13,5-fachen von destilliertem Wasser entspricht. Dieser Dichtewert ist auf den großen Wert der Atommasse des Elements zurückzuführen, die 200,59 a.m.u. beträgt.
Weiter im Artikel beantworten wir die Frage, wie viel Volumen 100 Mol Quecksilber einnehmen. Dieses Problem kann auf zwei verschiedene Arten gelöst werden.
Lösung des Problems auf die erste Art
Um die Frage zu beantworten: "Was ist das Volumen von 100 Mol Quecksilber?", sollte man sich auf die entsprechenden experimentellen Daten beziehen. Es geht um das molare Volumen. Solche Daten können in der Referenzliteratur gefunden werden. In einer der Tabellen finden wir also, dass bei 293 K (20 oC) das molare Volumen des betreffenden flüssigen Metalls 14,81 cm3 beträgt /Mol. Mit anderen Worten, 1 Mol Hg-Atome nimmt ein Volumen von 14,81 cm3 ein. Zur Beantwortung der Aufgabenstellung genügt es, diese Zahl mit 100 zu multiplizieren.
So erh alten wir die Antwort: Das Volumen von 100 Mol Quecksilber entspricht 1481 cm³3, was praktisch 1,5 Litern entspricht.
Beachten Sie, dass wir den molaren Volumenwert für 20 oC verwendet haben. Die erh altene Antwort wird sich jedoch nicht wesentlich ändern, wenn Quecksilber unter allen anderen betrachtet wirdTemperatur, da ihr Wärmeausdehnungskoeffizient sehr klein ist.
Zweite Lösung
Beantworte die Frage, wie viel Volumen 100 Mol Quecksilber einnehmen, mit einem anderen Ansatz als dem vorherigen. Dazu benötigen wir die Dichte- und Molmassendaten des betreffenden Metalls.
Die anfängliche Formel zur Lösung des Problems lautet wie folgt:
ρ=m/V.
Wo kann ich den Wert von V ausdrücken:
V=m/ρ.
Die Masse n=100 mol eines Stoffes ist wie folgt definiert:
m=nM.
Wobei M die Masse von einem Mol Quecksilber ist. Dann wird die Arbeitsformel zur Bestimmung des Volumens wie folgt geschrieben:
V=nM/ρ.
Den Wert der Molmasse haben wir oben schon angegeben, numerisch ist er gleich der Atommasse, nur ausgedrückt in Gramm pro Mol (M=200, 59 g/mol). Die Dichte von Quecksilber beträgt 13.546 kg/m3 oder 13,546 g/cm3. Wir setzen diese Werte in die Formel ein, wir erh alten:
V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.
Wie Sie sehen können, haben wir genau das gleiche Ergebnis wie bei der vorherigen Methode zur Lösung des Problems.
