Una tarea típica en física es calcular los volúmenes de varias sustancias bajo ciertas condiciones externas. Una de estas sustancias es el mercurio, un metal con propiedades físicas únicas. En este artículo, consideraremos formas de resolver la siguiente tarea en física: ¿qué volumen ocupan 100 moles de mercurio?
¿Qué es el mercurio?
Este es un elemento químico en el número 80 de la tabla periódica. Su vecino de la izquierda es el oro. Mercurio se denota con el símbolo Hg (hidrargiro). El nombre latino se puede traducir como "plata líquida". De hecho, a temperatura ambiente, el elemento existe como un líquido, que tiene un color plateado.
El elemento en cuestión es el único metal líquido. Este hecho se debe a la estructura electrónica única de sus átomos. Es extremadamente estable debido a las capas de electrones completamente llenas. En este sentido, el mercurio es similar a los gases inertes. Estabilidad del átomoconduce a la dificultad de separar un electrón de ella. Esto último significa que no existe un enlace metálico entre los átomos de Hg, interactúan entre sí solo debido a las débiles fuerzas de van der Waals.
Mercurio ya se derrite a -39 oC. El líquido resultante es muy pesado. Su densidad es de 13.546 kg/m3, que es 13,5 veces la del agua destilada. Este valor de densidad se debe al gran valor de la masa atómica del elemento, que es 200,59 a.m.u.
Más adelante en el artículo, responderemos a la pregunta de cuánto volumen ocupan 100 moles de mercurio. Este problema se puede resolver de dos maneras diferentes.
Solución del problema de la primera manera
Para responder a la pregunta: "¿Cuál es el volumen de 100 moles de mercurio?", uno debe consultar los datos experimentales relevantes. Se trata del volumen molar. Tales datos se pueden encontrar en la literatura de referencia. Entonces, en una de las tablas encontramos que a 293 K (20 oC) el volumen molar del metal líquido en cuestión es 14,81 cm3 /mol. En otras palabras, 1 mol de átomos de Hg ocupa un volumen de 14,81 cm3. Para responder a la pregunta del problema, basta con multiplicar este número por 100.
Así obtenemos la respuesta: el volumen de 100 moles de mercurio es igual a 1481 cm3, que prácticamente corresponde a 1,5 litros.
Tenga en cuenta que usamos el valor del volumen molar para 20 oC. Sin embargo, la respuesta recibida no cambiará mucho si el mercurio se considera bajo cualquier otrotemperatura porque su coeficiente de expansión térmica es muy pequeño.
Segunda solución
Responda a la pregunta de cuánto volumen ocupan 100 moles de mercurio usando un enfoque diferente al anterior. Para hacer esto, necesitamos usar los datos de densidad y masa molar del metal en cuestión.
La fórmula inicial para resolver el problema será la siguiente expresión:
ρ=m/V.
¿Dónde puedo expresar el valor de V:
V=m/ρ.
La masa n=100 mol de una sustancia se define como sigue:
m=nM.
Donde M es la masa de un mol de mercurio. Luego, la fórmula de trabajo para determinar el volumen se escribirá de la siguiente manera:
V=nM/ρ.
El valor de la masa molar ya lo hemos dado anteriormente, numéricamente es igual a la masa atómica, sólo expresada en gramos por mol (M=200, 59 g/mol). La densidad del mercurio es 13.546 kg/m3 o 13,546 g/cm3. Sustituimos estos valores en la fórmula, obtenemos:
V=nM/ρ=100200, 59/13, 546=1481 cm3.
Como puede ver, obtuvimos exactamente el mismo resultado que en el método anterior para resolver el problema.
