Bài 8.9 trang 24 SBT Hóa học 10: Xem xét số liệu về bán kính nguyên tử và khối lượng riêng của các khí hiếm trong bảng sau:

a) Krypton là một khí trơ được sử dụng trong nhiều ứng dụng chiếu sáng. Em hãy ước tính khối lượng riêng của krypton bằng cách suy luận từ dữ liệu, liên hệ giữa khối lượng riêng và bán kính nguyên tử. Hãy tìm kiếm số liệu về giá trị khối lượng riêng của khí krypton qua tài liệu, internet và so sánh với kết quả mà em ước tính được.

b) Biết rằng 1 mol neon có khối lượng là 20,18 gam. Hãy tính khối lượng của nguyên tử neon. Sau đó sử dụng bán kính nguyên tử của neon để tính khối lượng riêng của nguyên tử neon (coi nguyên tử là hình cầu có bán kính bằng bán kính nguyên tử cho trong bảng). So sánh giá trị khối lượng riêng tính được này với khối lượng riêng của khí Ne trong bảng. Kết quả này có cho em gợi ý gì về bản chất của khí neon?

Lời giải:

a) Ta có thể suy luận như sau:

Khi tăng bán kính nguyên tử từ 71 pm lên 108 pm thì khối lượng riêng tăng từ 1,78 g L^-1 đến 5,85 g L^-1. Vậy khi bán kính nguyên tử tăng lên 1 đơn vị, khối lượng riêng tăng thêm một lượng là:

$\frac{5,85-1,78}{108-71}=0,11$

Khối lượng riêng của Kr có thể tính từ khối lượng riêng của Ar là:

1,78 + 0,11 × (88 – 71) = 3,65 (g L^-1).

Kết quả thực nghiệm, khối lượng riêng của Kr là 3,7 g L^-1. Như vậy, kết quả ước tính khá gần với thực nghiệm.

Ngoài ra, học sinh có thể xây dựng đồ thị phụ thuộc khối lượng riêng vào bán kính nguyên tử. Sau đó, dựa vào đồ thị để tìm ra bán kính Kr.

b) Khối lượng của một nguyên tử Ne là:

$\frac{20,18}{6,02\times {10}^{23}}=3,35\times {10}^{-23}\left(\mathrm{g}\right)$

Thể tích của một nguyên tử Ne là:

$\mathrm{V}=\frac{4}{3}{\mathrm{\pi r}}^3=\frac{4}{3}\times \mathrm{\pi }\times {(38\times {10}^{-12})}^3=2,3\times {10}^{-31}{\mathrm{m}}^3=2,3\times {10}^{-28}\left(\mathrm{L}\right)$

Khối lượng riêng của nguyên tử Ne là:

$\frac{3,35\times {10}^{-23}}{2,3\times {10}^{-28}}=1,46\times {10}^5\left(\mathrm{g}{\mathrm{L}}^{-1}\right)$

Khối lượng riêng của nguyên tử Ne lớn hơn rất nhiều so với khối lượng riêng của khí Ne. Điều đó cho thấy, trong khí Ne, các nguyên tử phải ở rất xa nhau.