Ֆիզիկայի տիպիկ առաջադրանքը որոշակի արտաքին պայմաններում տարբեր նյութերի ծավալների հաշվարկն է: Այդ նյութերից մեկը սնդիկը է՝ յուրահատուկ ֆիզիկական հատկություններ ունեցող մետաղ։ Այս հոդվածում մենք կքննարկենք ֆիզիկայի հետևյալ առաջադրանքը լուծելու ուղիները. ի՞նչ ծավալ է զբաղեցնում 100 մոլ սնդիկը:
Ի՞նչ է սնդիկը:
Սա քիմիական տարր է պարբերական աղյուսակի 80-րդ թվի տակ: Դրա հարեւանը ձախ կողմում ոսկի է։ Մերկուրին նշվում է Hg (hydrargyrum) նշանով: Լատինական անունը կարելի է թարգմանել որպես «հեղուկ արծաթ»։ Իրոք, սենյակային ջերմաստիճանում տարրը գոյություն ունի որպես հեղուկ, որն ունի արծաթափայլ գույն։
Խնդիր տարրը միակ հեղուկ մետաղն է: Այս փաստը պայմանավորված է նրա ատոմների եզակի էլեկտրոնային կառուցվածքով։ Այն չափազանց կայուն է ամբողջությամբ լցված էլեկտրոնային թաղանթների շնորհիվ: Այս առումով սնդիկը նման է իներտ գազերին։ Ատոմի կայունությունհանգեցնում է նրանից էլեկտրոնի անջատման դժվարության: Վերջինս նշանակում է, որ Hg ատոմների միջև չկա մետաղական կապ, դրանք փոխազդում են միմյանց հետ միայն թույլ վան դեր Վալսյան ուժերի շնորհիվ։
Սնդիկը արդեն հալվում է -39 oC-ում: Ստացված հեղուկը շատ ծանր է։ Նրա խտությունը կազմում է 13546 կգ/մ3, ինչը 13,5 անգամ գերազանցում է թորած ջրին։ Այս խտության արժեքը պայմանավորված է տարրի ատոմային զանգվածի մեծ արժեքով, որը կազմում է 200,59 a.m.u.
Հոդվածում հետագայում կպատասխանենք այն հարցին, թե որքան ծավալ է զբաղեցնում 100 մոլ սնդիկը։ Այս խնդիրը կարող է լուծվել երկու տարբեր եղանակներով։
Խնդրի լուծումն առաջին ճանապարհով
«Որքա՞ն է 100 մոլ սնդիկի ծավալը» հարցին պատասխանելու համար պետք է դիմել համապատասխան փորձարարական տվյալներին։ Խոսքը մոլային ծավալի մասին է։ Նման տվյալներ կարելի է գտնել տեղեկատու գրականության մեջ: Այսպիսով, աղյուսակներից մեկում մենք գտնում ենք, որ 293 Կ (20 oC) խնդրո առարկա հեղուկ մետաղի մոլային ծավալը կազմում է 14,81 սմ3 /մոլ. Այլ կերպ ասած, 1 մոլ Hg ատոմները զբաղեցնում է 14,81 սմ ծավալ 3: Խնդրի հարցին պատասխանելու համար բավական է այս թիվը բազմապատկել 100-ով։
Այսպիսով ստանում ենք պատասխանը՝ 100 մոլ սնդիկի ծավալը հավասար է 1481 սմ3, որը գործնականում համապատասխանում է 1,5 լիտրի։
Նշեք, որ մենք օգտագործել ենք մոլային ծավալի արժեքը 20 oC-ի համար: Այնուամենայնիվ, ստացված պատասխանը շատ չի փոխվի, եթե սնդիկը դիտարկվի որևէ այլի տակջերմաստիճանը, քանի որ նրա ջերմային ընդարձակման գործակիցը շատ փոքր է։
Երկրորդ լուծում
Հարցին, թե որքան ծավալ է զբաղեցնում 100 մոլ սնդիկը, պատասխանեք նախորդից տարբերվող մոտեցմամբ: Դա անելու համար մենք պետք է օգտագործենք տվյալ մետաղի խտության և մոլային զանգվածի տվյալները:
Խնդիրը լուծելու սկզբնական բանաձևը կլինի հետևյալ արտահայտությունը՝
ρ=m/V.
Որտե՞ղ կարող եմ արտահայտել V-ի արժեքը:
V=մ/ր.
Նյութի n=100 մոլ զանգվածը սահմանվում է հետևյալ կերպ.
m=nM.
Որտեղ M-ը մեկ մոլ սնդիկի զանգվածն է: Այնուհետև ծավալը որոշելու աշխատանքային բանաձևը կգրվի հետևյալ կերպ՝
V=nM/ρ.
Մոլային զանգվածի արժեքը, որը մենք արդեն տվել ենք վերևում, թվային առումով այն հավասար է ատոմային զանգվածին, արտահայտված միայն գրամներով մեկ մոլում (M=200, 59 գ/մոլ): Սնդիկի խտությունը 13,546 կգ/մ է3 կամ 13,546 գ/սմ3: Մենք այս արժեքները փոխարինում ենք բանաձևի մեջ, ստանում ենք՝
V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 սմ3.
Ինչպես տեսնում եք, մենք ստացել ենք ճիշտ նույն արդյունքը, ինչ խնդրի լուծման նախորդ մեթոդով։
