Chapter 2, Problem 2.94QA

Interpretation Introduction

To Find:

The dimensions of the cube based on the densities and mass.

Answer to Problem 2.94QA

Solution:

The Aluminum cube will be smaller.

Dimension of the aluminum cube = $2.15$ cm.

Dimension of strontium cube = $3.21$ cm

Explanation of Solution

Formula and concept:

If we take one mole of any element, we can get its mass from its molar mass. Relation between mass and density gives the volume of the solid. From the volume of the solid, we can create a cube accordingly.

$\mathrm{V}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{u}\mathrm{m}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{d}\mathrm{ }=\mathrm{ }\frac{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{s}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{d}\mathrm{ }\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{ }\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}\mathrm{s}}{\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{y}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{d}\mathrm{ }\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{ }\mathrm{g}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{m}\mathrm{s}/\mathrm{c}\mathrm{m}3}$

$\mathrm{V}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{u}\mathrm{m}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{b}\mathrm{e}={\left(\mathrm{e}\mathrm{d}\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{g}\mathrm{t}\mathrm{h}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{b}\mathrm{e}\right)}^3={\mathrm{c}\mathrm{m}}^3$

A mole is the SI unit of amount chemical substance. When writing units, it is written as “mol”.

Given information:

Density of aluminum = $2.70$ gm/cm³,

Density of strontium = $2.64$ gm/cm³.

Quantity of each solid taken = $1\mathrm{ }$ mole.

Atomic mass of Aluminum = $26.98$ g/mol

Atomic mass of Strontium = $87.62$ g/mol

Calculation:

For Aluminum

We will calculate the mass of aluminum from the 1 mol element by using atomic weight of Al.

$1\mathrm{ }\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{ }\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{*}\mathrm{ }\frac{26.98\mathrm{ }\mathrm{g}}{1\mathrm{ }\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{ }\mathrm{A}\mathrm{l}}=26.98\mathrm{ }\mathrm{g}\mathrm{ }\mathrm{A}\mathrm{l}$

Now we will volume of cube of Al from the $26.98$ g Al and density.

$26.98\mathrm{ }\mathrm{g}\mathrm{ }\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{ }\times \mathrm{ }\frac{1\mathrm{ }\mathrm{ }{\mathrm{c}\mathrm{m}}^3}{2.70\mathrm{ }\mathrm{g}\mathrm{ }\mathrm{A}\mathrm{l}}=9.99\mathrm{ }{\mathrm{c}\mathrm{m}}^3$

To calculate the edge length of unit cell, we will use volume of cube.

$9.99\mathrm{ }{\mathrm{c}\mathrm{m}}^3={\left(\mathrm{e}\mathrm{d}\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{g}\mathrm{t}\mathrm{h}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{b}\mathrm{e}\right)}^3$

$\mathrm{E}\mathrm{d}\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{g}\mathrm{t}\mathrm{h}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{c}\mathrm{u}\mathrm{b}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{u}\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{i}\mathrm{u}\mathrm{m}\mathrm{ }=\mathrm{ }\sqrt[3]{(9.99})\mathrm{ }\mathrm{c}\mathrm{m}\mathrm{ }=\mathrm{ }2.15\mathrm{ }\mathrm{c}\mathrm{m}$

The edge length of aluminum cube is $2.15$ cm

For Strontium

We will calculate the mass of strontium from the 1 mol element by using atomic weight of Sr.

$1\mathrm{ }\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{ }\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{*}\mathrm{ }\frac{87.62\mathrm{ }\mathrm{g}}{1\mathrm{ }\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{ }\mathrm{S}\mathrm{r}}=87.62\mathrm{ }\mathrm{g}\mathrm{ }\mathrm{S}\mathrm{r}$

Now we will volume of cube of Sr from the $87.62$ g Sr and density.

$87.62\mathrm{ }\mathrm{g}\mathrm{ }\mathrm{S}\mathrm{r}\mathrm{ }\times \mathrm{ }\frac{1\mathrm{ }\mathrm{ }{\mathrm{c}\mathrm{m}}^3}{2.64\mathrm{ }\mathrm{g}\mathrm{ }\mathrm{S}\mathrm{r}}=\mathrm{ }33.19\mathrm{ }{\mathrm{c}\mathrm{m}}^3$

To calculate the edge length of unit cell, we will use volume of cube.

$33.19\mathrm{ }{\mathrm{c}\mathrm{m}}^3={\left(\mathrm{e}\mathrm{d}\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{g}\mathrm{t}\mathrm{h}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{b}\mathrm{e}\right)}^3$

$\mathrm{E}\mathrm{d}\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{g}\mathrm{t}\mathrm{h}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{c}\mathrm{u}\mathrm{b}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{u}\mathrm{m}=\mathrm{ }\sqrt[3]{(33.19})\mathrm{ }\mathrm{c}\mathrm{m}\mathrm{ }=\mathrm{ }3.21\mathrm{ }\mathrm{c}\mathrm{m}$

The edge length of strontium cube is $3.21$ cm

So, from the above calculation, we can see that the cube of aluminum shall be smaller.

Conclusion:

The dimensions of cube are calculated from the mass of the cube and density.