ფიზიკაში ტიპიური ამოცანაა სხვადასხვა ნივთიერების მოცულობის გამოთვლა გარკვეულ გარე პირობებში. ერთ-ერთი ასეთი ნივთიერებაა ვერცხლისწყალი - უნიკალური ფიზიკური თვისებების მქონე ლითონი. ამ სტატიაში განვიხილავთ ფიზიკაში შემდეგი ამოცანის ამოხსნის გზებს: რა მოცულობას იკავებს 100 მოლი ვერცხლისწყალი?
რა არის ვერცხლისწყალი?
ეს არის ქიმიური ელემენტი პერიოდულ სისტემაში მე-80 რიცხვში. მისი მეზობელი მარცხნივ არის ოქრო. ვერცხლისწყალი აღინიშნება სიმბოლო Hg (ჰიდრარგირუმი). ლათინური სახელი შეიძლება ითარგმნოს როგორც "თხევადი ვერცხლი". მართლაც, ოთახის ტემპერატურაზე ელემენტი არსებობს სითხის სახით, რომელსაც აქვს ვერცხლისფერი ფერი.
ამ ელემენტი არის ერთადერთი თხევადი ლითონი. ეს ფაქტი განპირობებულია მისი ატომების უნიკალური ელექტრონული სტრუქტურით. ის უკიდურესად სტაბილურია სრულად შევსებული ელექტრონული გარსების გამო. ამ მხრივ ვერცხლისწყალი ინერტული გაზების მსგავსია. ატომის სტაბილურობაიწვევს მისგან ელექტრონის მოწყვეტის სირთულეს. ეს უკანასკნელი ნიშნავს, რომ არ არსებობს მეტალის კავშირი Hg ატომებს შორის, ისინი ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან მხოლოდ სუსტი ვან დერ ვაალის ძალების გამო.
მერკური უკვე დნება -39 oC. შედეგად მიღებული სითხე ძალიან მძიმეა. მისი სიმკვრივეა 13,546 კგ/მ3, რაც 13,5-ჯერ აღემატება გამოხდილ წყალს. სიმკვრივის ეს მნიშვნელობა განპირობებულია ელემენტის ატომური მასის დიდი მნიშვნელობით, რომელიც არის 200,59 a.m.u.
შემდეგ სტატიაში ვუპასუხებთ კითხვას, თუ რა მოცულობას იკავებს 100 მოლი ვერცხლისწყალი. ეს პრობლემა შეიძლება მოგვარდეს ორი განსხვავებული გზით.
პრობლემის გადაჭრა პირველი გზით
კითხვაზე: „რას შეადგენს 100 მოლი ვერცხლისწყლის მოცულობა?“პასუხის გასაცემად, უნდა მივმართოთ შესაბამის ექსპერიმენტულ მონაცემებს. საუბარია მოლარულ მოცულობაზე. ასეთი მონაცემები შეგიძლიათ იხილოთ საცნობარო ლიტერატურაში. ასე რომ, ერთ-ერთ ცხრილში ვხვდებით, რომ 293 K (20 oC) თხევადი ლითონის მოლური მოცულობა არის 14,81 სმ3 /მოლი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, Hg ატომების 1 მოლი იკავებს 14,81 სმ მოცულობას3. ამოცანის კითხვაზე პასუხის გასაცემად საკმარისია ეს რიცხვი გავამრავლოთ 100-ზე.
ამრიგად, ვიღებთ პასუხს: 100 მოლი ვერცხლისწყლის მოცულობა უდრის 1481 სმ3, რაც პრაქტიკულად შეესაბამება 1,5 ლიტრს..
გაითვალისწინეთ, რომ ჩვენ გამოვიყენეთ მოლური მოცულობის მნიშვნელობა 20 oC. თუმცა, მიღებული პასუხი დიდად არ შეიცვლება, თუ ვერცხლისწყალი განიხილება სხვაზეტემპერატურა, რადგან მისი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი ძალიან მცირეა.
მეორე გადაწყვეტა
უპასუხეთ კითხვას, თუ რამდენ მოცულობას იკავებს 100 მოლი ვერცხლისწყალი წინა მიდგომის გამოყენებით. ამისათვის ჩვენ უნდა გამოვიყენოთ მოცემული ლითონის სიმკვრივისა და მოლური მასის მონაცემები.
პრობლემის გადაჭრის საწყისი ფორმულა იქნება შემდეგი გამოთქმა:
ρ=m/V.
სად შემიძლია გამოვხატო V-ს მნიშვნელობა:
V=მ/რ.
ნივთიერების მასა n=100 მოლი განისაზღვრება შემდეგნაირად:
მ=nM.
სადაც M არის ერთი მოლი ვერცხლისწყლის მასა. შემდეგ მოცულობის განსაზღვრის სამუშაო ფორმულა დაიწერება შემდეგნაირად:
V=nM/ρ.
მოლური მასის მნიშვნელობა, რომელიც უკვე მივიღეთ ზემოთ, რიცხობრივად უდრის ატომურ მასას, გამოხატული მხოლოდ გრამებში თითო მოლზე (M=200, 59 გ/მოლი). ვერცხლისწყლის სიმკვრივეა 13,546 კგ/მ3 ან 13,546 გ/სმ3. ჩვენ ვცვლით ამ მნიშვნელობებს ფორმულაში, მივიღებთ:
V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 სმ3.
როგორც ხედავთ, მივიღეთ ზუსტად იგივე შედეგი, რაც პრობლემის გადაჭრის წინა მეთოდში.
