Sự chuyển thể SVIP

1. MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CẤU TẠO CHẤT

Mô hình động học phân tử

Mô hình động học phân tử về cấu tạo chất có những nội dung cơ bản sau đây:

• Các chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt là phân tử. Giữa các phân tử có khoảng cách.
• Các phân tử chuyển động không ngừng, gọi là chuyển động nhiệt. Nhiệt độ của vật càng cao thì tốc độ chuyển động của các phân tử cấu tạo nên vật càng lớn.
• Giữa các phân tử có lực hút và đẩy gọi chung là lực liên kết phân tử.

Sử dụng mô hình này có thể giải thích được cấu trúc của các chất rắn, chất lỏng, chất khí và sự chuyển thể.

Cấu trúc của vật chất

Dựa vào các đặc điểm sau đây của phân tử có thể nêu được sơ lược cấu trúc của hầu hết các chất rắn, chất lỏng, chất khí:

• Khoảng cách giữa các phân tử càng lớn thì lực liên kết giữa chúng càng yếu.
• Các phân tử sắp xếp có trật tự thì lực liên kết giữa chúng mạnh.

Ở thể rắn, các phân tử rất gần nhau (khoảng cách trung bình giữa các phân tử cỡ kích thước phân tử) và các phân tử sắp xếp có trật tự, chặt chẽ. Lực tương tác giữa các phân tử rất mạnh, giữ cho chúng không di chuyển tự do mà chỉ có thể dao động quanh vị trí cân bằng xác định. Do đó, chất rắn luôn có thể tích và hình dạng riêng xác định.

Ở thể khí, các phân tử ở xa nhau (khoảng cách trung bình giữa các phân tử lớn gấp hàng chục lần kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các phân tử rất yếu nên các phân tử chuyển động hoàn toàn hỗn loạn. Do đó, khối chất khí không có hình dạng và thể tích riêng mà nó có hình dạng và thể tích của bình chứa nó và có thể được nén dễ dàng.

Ở thể lỏng, khoảng cách trung bình giữa các phân tử lớn hơn khoảng cách trung bình giữa các phân tử trong chất rắn và nhỏ hơn khoảng cách trung bình giữa các phân tử trong chất khí. Lực tương tác giữa các phân tử ở thể lỏng lớn hơn lực tương tác giữa các phân tử ở thể khí nên giữ các phân tử không bị phân tán ra xa nhau, do đó chất lỏng có thể tích riêng xác định. Lực tương tác này chưa đủ lớn như trong thể rắn nên các phân tử ở thể lỏng cũng dao động quanh vị trí cân bằng nhưng các vị trí này không cố định mà luôn luôn thay đổi. Do đó, chất lỏng rất khó bị nén, nó có thể tích xác định nhưng không có hình dạng xác định mà có hình dạng của phần bình chứa nó.

2. SỰ CHUYỂN THỂ

Các chất có thể chuyển từ thể này sang thể khác.

• Các chất ở thể rắn khi nóng lên có thể chuyển sang thể lỏng, rồi từ thể lỏng sang thể khí.
• Các chất khí khi lạnh đi có thể chuyển sang thể lỏng rồi từ thể lỏng sang thể rắn.
• Một số chất có thể chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể khí và ngược lại.

3. SỰ NÓNG CHẢY

Sự nóng chảy của chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình

Căn cứ vào chất trúc sắp xếp của các hạt (phân tử, nguyên tử hoặc ion) tạo nên chất rắn, người ta chia chất rắn thành hai loại: chất rắn kết tinh (chất rắn có cấu trúc tinh thể) như thạch anh, muối ăn, kim cương, hầu hết kim loại, nước đá,... và chất rắn vô định hình (chất rắn không có cấu trúc tinh thể nên không có dạng hình học xác định) như thủy tinh, nhựa, sô-cô-la,...

Sự nóng chảy của chất rắn kết tinh

Khi nung nóng liên tục một vật rắn kết tinh, nhiệt độ của vật rắn tăng dần. Khi nhiệt độ đạt một giá trị xác định gọi là nhiệt độ nóng chảy thì vật bắt đầu chuyển sang thể lỏng và trong suốt quá trình này nhiệt độ của vật là không đổi. Khi toàn bộ vật rắn đã chuyển sang thể lỏng, tiếp tục cung cấp nhiệt lượng thì nhiệt độ của vật sẽ tiếp tục tăng. Như vậy, chất rắn kết tinh có nhiệt độ nóng chảy xác định (ở một áp suất cụ thể).

Sự nóng chảy của chất rắn vô định hình

Khi nung nóng liên tục vật rắn vô định hình, vật rắn mềm đi và chuyển dần sang thể lỏng một cách liên tục, trong quá trình này nhiệt độ của vật tăng liên tục. Do đó, vật rắn vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định.

Giải thích sự nóng chảy của chất rắn kết tinh

Ở trạng thái rắn, phân tử của chất kết tinh được xếp chặt và có thứ tự trong lưới tinh thể. Các liên kết giữa các phân tử tạo ra một cấu trúc vững chắc và cứng. Khi nhiệt độ tăng các phân tử nhận thêm năng lượng từ môi trường. Khi nhiệt độ đạt đến giá trị nóng chảy, năng lượng đủ lớn để phân tử vượt qua liên kết giữa chúng, chúng có thể tự do chuyển động trong không gian trở thành các phân tử ở thể lỏng. 

Nhiệt nóng chảy riêng

Nhiệt nóng chảy riêng của một chất có giá trị bằng nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg chất đó chuyển hoàn toàn từ thể rắn sang thể lỏng tại nhiệt độ nóng chảy:

\(\lambda=\dfrac{Q}{m}\)

Trong đó:

• $Q$ là nhiệt lượng khối chất thu vào, đơn vị là J;
• $m$ là khối lượng của khối chất, đơn vị là kg;
• \(\lambda\) là nhiệt nóng chảy riêng của chất, đơn vị J/kg.

4. SỰ HÓA HƠI

Sự bay hơi

Sự hóa hơi xảy ra trên bề mặt chất lỏng gọi là sự bay hơi. Sự bay hơi xảy ra ở nhiệt độ bất kì. 

Tốc độ bay hơi của chất lỏng càng nhanh nếu diện tích mặt thoáng càng lớn, tốc độ gió càng lớn, nhiệt độ càng cao, và độ ẩm không khí càng thấp.

Giải thích sự bay hơi

Một số phân tử tại đây có động năng đủ lớn để thắng lực liên kết của các phân tử chất lỏng khác, thoát được ra khỏi mặt thoáng của chất lỏng trở thành các phân tử ở thể hơi. 

Tác dụng của sự bay hơi

Nước từ sông, hồ, biển,... liên tục bay hơi tạo thành mây, sương mù, mưa, làm cho khí hậu điều hòa, thực vật phát triển. Sự bay hơi của nước biển được ứng dụng trong ngành sản xuất muối. Sự bay hơi của các khí ammonia (NH₃), difluoromethane (CH₂F₂) còn gọi là R - 32... được sử dụng trong các thiết bị làm lạnh như tủ lạnh, máy điều hòa không khí.

Sự sôi

Sự hóa hơi xảy ra bên trong và trên bề mặt chất lỏng gọi là sự sôi. Sự sôi xảy ra ở nhiệt độ sôi. Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc áp suất khí trên mặt thoáng và bản chất của chất lỏng. Trong suốt thời gian sôi, nhiệt độ chất lỏng không thay đổi.

Giải thích sự sôi của chất lỏng

Khi nhiệt độ của nước tăng tới khoảng 100 ^oC thì nước bắt đầu sôi. Khi đó các bọt chứa không khí và hơi nước nổi lên trong lòng nước càng ngày càng tăng, tới mặt thoáng thì vỡ, không khí và hơi nước thoát ra ngoài khí quyển trở thành các phân tử ở thể hơi. 

Nhiệt hóa hơi riêng

Nhiệt hóa hơi riêng của một chất lỏng có giá trị bằng nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg chất lỏng đó hóa hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi:

\(L=\dfrac{Q}{m}\)

Trong đó:

• $Q$ là nhiệt lượng khối chất lỏng nhận vào, đơn vị là J;
• $m$ là khối lượng của khối chất lỏng, đơn vị là kg;
• $L$ là nhiệt hóa hơi riêng, đơn vị J/kg.

1. Mô hình động học phân tử gồm các nội dung cơ bản:
- Vật chất được cấu tạo bởi một số rất lớn những hạt có kích thước rất nhỏ gọi là phân tử. Giữa các phân tử có khoảng cách.
- Các phân tử chuyển động không ngừng, gọi là chuyển động nhiệt. Các phân tử chuyển động nhiệt càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao.
- Giữa các phân tử có các lực tương tác (hút và đẩy).

2. Khi đun nóng đến một nhiệt độ nào đó, vật rắn bắt đầu chuyển trạng thái từ rắn sang lỏng (sự nóng chảy). Chất rắn kết tinh có nhiệt độ nóng chảy xác định (ở một áp suất cụ thể). Chất rắn vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định.

3. Nhiệt nóng chảy riêng của một chất có giá trị bằng nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg chất đó chuyển hoàn toàn từ thể rắn sang thể lỏng tại nhiệt độ nóng chảy:

\(\lambda=\dfrac{Q}{m}\)

4. Sự hóa hơi xảy ra trên bề mặt chất lỏng gọi là sự bay hơi. Sự bay hỏi xảy ra ở nhiệt độ bất kì. Tốc độ bay hơi của chất lỏng càng nhanh nếu diện tích mặt thoáng càng lớn, tốc độ gió càng lớn, nhiệt độ càng cao, và độ ẩm không khí càng thấp.

5. Sự hóa hơi xảy ra bên trong và trên bề mặt chất lỏng gọi là sự sôi. Sự sôi xảy ra ở nhiệt độ sôi. Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc áp suất khí trên mặt thoáng và bản chất của chất lỏng. Trong suốt thời gian sôi, nhiệt độ chất lỏng không thay đổi.

6. Nhiệt hóa hơi riêng của một chất lỏng có giá trị bằng nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg chất lỏng đó hóa hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi.

\(L=\dfrac{Q}{m}\)