מהו הנפח של 100 שומות כספית? שתי דרכים לפתור את הבעיה

תוכן עניינים:

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 05:26

משימה טיפוסית בפיזיקה היא לחשב נפחים של חומרים שונים בתנאים חיצוניים מסוימים. אחד מהחומרים הללו הוא כספית - מתכת בעלת תכונות פיזיקליות ייחודיות. במאמר זה נשקול דרכים לפתור את המשימה הבאה בפיזיקה: איזה נפח תופסות 100 מולים של כספית?

מהי כספית?

זהו יסוד כימי מתחת למספר ה-80 בטבלה המחזורית. השכן שלו משמאל הוא זהב. כספית מסומנת בסמל Hg (הידרגירום). ניתן לתרגם את השם הלטיני כ"כסף נוזלי". ואכן, בטמפרטורת החדר, היסוד קיים כנוזל, שצבעו כסוף.

האלמנט המדובר הוא המתכת הנוזלית היחידה. עובדה זו נובעת מהמבנה האלקטרוני הייחודי של האטומים שלה. זה יציב במיוחד בגלל קליפות אלקטרונים מלאות במלואן. בהקשר זה, כספית דומה לגזים אינרטיים. יציבות האטוםמוביל לקושי לנתק ממנו אלקטרון. זה האחרון אומר שאין קשר מתכתי בין אטומי Hg, הם מקיימים אינטראקציה זה עם זה רק בגלל כוחות ואן דר ואלס חלשים.

מרקורי כבר נמס ב-39 ^oC. הנוזל המתקבל כבד מאוד. צפיפותו היא 13,546 ק"ג/מ"ר^{3, שהם פי 13.5 מזו של מים מזוקקים. ערך צפיפות זה נובע מהערך הגדול של המסה האטומית של היסוד, שהוא 200.59 א.מ.ו.}

בהמשך המאמר, נשיב על השאלה כמה נפח תופס על ידי 100 שומות כספית. ניתן לפתור בעיה זו בשתי דרכים שונות.

פתרון הבעיה בדרך הראשונה

כדי לענות על השאלה: "מהו הנפח של 100 מולים כספית?", יש להתייחס לנתוני הניסוי הרלוונטיים. זה בערך נפח טוחנת. ניתן למצוא נתונים כאלה בספרות ההתייחסות. אז באחת הטבלאות אנו מוצאים שב-293 K (20 ^oC) הנפח הטוחן של המתכת הנוזלית המדוברת הוא 14.81 ס"מ³ /מול. במילים אחרות, מול 1 של אטומי Hg תופסת נפח של 14.81 ס"מ^{3. כדי לענות על שאלת הבעיה, מספיק להכפיל את המספר הזה ב-100.}

לכן, אנו מקבלים את התשובה: הנפח של 100 מולים כספית שווה ל-1481 ס מ3, שמתאים למעשה ל-1.5 ליטר.

שים לב שהשתמשנו בערך הנפח הטוחני עבור 20 oC. עם זאת, התשובה שהתקבלה לא תשתנה הרבה אם כספית תיחשב תחת כל אחת אחרתטמפרטורה מכיוון שמקדם ההתפשטות התרמית שלו קטן מאוד.

פתרון שני

ענה על השאלה כמה נפח תופסות 100 מולים כספית בגישה שונה מהקודמת. לשם כך, עלינו להשתמש בנתוני הצפיפות והמסה המולרית עבור המתכת המדוברת.

הנוסחה הראשונית לפתרון הבעיה תהיה הביטוי הבא:

ρ=m/V.

היכן אני יכול לבטא את הערך של V:

V=m/ρ.

המסה n=100 מול של חומר מוגדרת באופן הבא:

m=nM.

כאשר M היא המסה של שומה אחת של כספית. ואז נוסחת העבודה לקביעת הנפח תיכתב כך:

V=nM/ρ.

ערך המסה הטוחנית כבר נתנו לעיל, מבחינה מספרית הוא שווה למסה האטומית, מבוטא רק בגרמים למול (M=200, 59 גרם/מול). צפיפות הכספית היא 13,546 ק"ג/מ"ר³ או 13.546 גרם/ס"מ^{3. אנו מחליפים את הערכים האלה בנוסחה, נקבל:}