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 gồm 3 nội dung chính:

- Chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt gọi là phân tử.

- Phân tử luôn chuyển động không ngừng; nhiệt độ càng cao, phân tử chuyển động càng nhanh.

- Giữa các phân tử tồn tại lực hút và lực đẩy, gọi chung là lực liên kết phân tử.

Các phân tử chuyển động không ngừng theo mọi hướng

Mô hình động học phân tử giúp giải thích cấu trúc của chất rắn, lỏng, khí và quá trình chuyển thể giữa các trạng thái này (như nóng chảy, bay hơi, ngưng tụ,…).

Cấu trúc của vật chất

Dựa vào khoảng cách và cách sắp xếp của các phân tử, cấu trúc của chất rắn, lỏng, khí có thể được mô tả sơ lược như sau:

- Phân tử càng xa nhau, lực liên kết càng yếu.

- Phân tử sắp xếp càng trật tự, lực liên kết càng mạnh.

Ở thể rắn, các phân tử xếp sát nhau một cách có trật tự và cách nhau rất nhỏ, gần bằng kích thước phân tử.
Lực tương tác mạnh giữa các phân tử giữ chúng dao động quanh vị trí cân bằng, không di chuyển tự do.
Vì vậy, chất rắn có hình dạng và thể tích xác định.

Mô hình cấu trúc chất rắn (kết tinh)

Ở thể khí, các phân tử cách xa nhau rất nhiều lần so với kích thước của chúng và lực tương tác giữa chúng rất yếu, nên chuyển động hoàn toàn hỗn loạn.
Vì vậy, chất khí không có hình dạng và thể tích cố định, mà phụ thuộc vào bình chứa và có thể bị nén dễ dàng.

Mô hình cấu trúc chất khí

Ở thể lỏng, khoảng cách giữa các phân tử trung gian giữa chất rắn và chất khí.
Lực tương tác giữa các phân tử lớn hơn trong chất khí, nên các phân tử không bị tách rời, giúp chất lỏng có thể tích xác định.
Tuy nhiên, lực liên kết chưa đủ mạnh như trong chất rắn, nên các phân tử dao động quanh vị trí không cố định, khiến chất lỏng không có hình dạng riêng mà phụ thuộc vào bình chứa. Chất lỏng cũng rất khó bị nén.

Mô hình cấu trúc chất lỏng

2. SỰ CHUYỂN THỂ

Chất có thể chuyển đổi giữa các trạng thái rắn, lỏng và khí:

- Khi nhiệt độ tăng: Rắn \(\rarr\) Lỏng \(\rarr\) Khí.

- Khi nhiệt độ giảm: Khí \(\rarr\) Lỏng \(\rarr\) Rắn.

Một số chất còn có thể chuyển trực tiếp từ rắn sang khí (thăng hoa) hoặc từ khí sang rắn (ngưng kết).

Sơ đồ các hình thức chuyển thể

3. SỰ NÓNG CHẢY

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

Dựa vào cấu trúc sắp xếp của các hạt, chất rắn được chia thành hai loại:

- Chất rắn kết tinh: có cấu trúc tinh thể rõ ràng, ví dụ: thạch anh, muối ăn, kim cương, kim loại, nước đá,...

- Chất rắn vô định hình: không có cấu trúc tinh thể, ví dụ: thủy tinh, nhựa, sô-cô-la,...

Sự nóng chảy của chất rắn kết tinh

Khi nung nóng chất rắn kết tinh, nhiệt độ tăng dần đến một mức cố định gọi là nhiệt độ nóng chảy. Tại đó, chất rắn chuyển sang thể lỏng, nhiệt độ giữ nguyên trong suốt quá trình nóng chảy. Sau khi chuyển hoàn toàn sang thể lỏng, nếu tiếp tục cấp nhiệt, nhiệt độ sẽ tiếp tục tăng.

\(\rarr\) Chất rắn kết tinh có nhiệt độ nóng chảy xác định (ở điều kiện áp suất xác định).

Sự nóng chảy của chất rắn vô định hình

Khi nung nóng vật rắn vô định hình, vật mềm dần và chuyển sang thể lỏng một cách liên tục, đồng thời nhiệt độ cũng tăng liên tục.
\(\rarr\) Chất rắn vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định.

b) Giải thích sự nóng chảy của chất rắn kết tinh

Ở trạng thái rắn, phân tử trong chất kết tinh xếp chặt và có trật tự, tạo thành lưới tinh thể cứng và ổn định.
Khi nhiệt độ tăng, các phân tử hấp thụ năng lượng và dao động mạnh hơn.
Đến nhiệt độ nóng chảy, năng lượng đủ lớn giúp phân tử vượt qua liên kết, chuyển sang chuyển động tự do và chất rắn trở thành chất lỏng.

c) Nhiệt nóng chảy riêng

Nhiệt nóng chảy riêng là lượng nhiệt cần cung cấp để 1 kg chất rắn chuyển hoàn toàn sang thể lỏng ở 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

a) Sự bay hơi

Sự bay hơi là quá trình hóa hơi xảy ra trên bề mặt chất lỏng, có thể diễn ra ở mọi nhiệt độ.

Tốc độ bay hơi tăng khi:

- Diện tích mặt thoáng lớn

- Nhiệt độ cao

- Gió mạnh

- Độ ẩm không khí thấp

Giải thích sự bay hơi

Một số phân tử ở mặt thoáng chất lỏng có động năng đủ lớn để vượt qua lực liên kết, thoát ra khỏi chất lỏng và trở thành phân tử hơi.

Tác dụng của sự bay hơi

Sự bay hơi của nước từ sông, hồ, biển tạo mây, mưa, sương mù, góp phần điều hòa khí hậu và hỗ trợ thực vật phát triển.

- Ứng dụng trong sản xuất muối từ nước biển.

- Các khí như ammonia (NH₃), difluoromethane (CH₂F₂) còn gọi là R - 32... được dùng trong thiết bị làm lạnh như tủ lạnh, máy điều hòa nhờ khả năng bay hơi hấp thụ nhiệt.

b) Sự sôi

Sự sôi là quá trình hóa hơi xảy ra cả bên trong và trên bề mặt chất lỏng, diễn ra ở nhiệt độ sôi.

Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào áp suất bên ngoài và bản chất của chất lỏng.

Trong suốt quá trình sôi, nhiệt độ của chất lỏng không thay đổi.

Giải thích sự sôi của chất lỏng

Khi nhiệt độ nước đạt khoảng 100 °C, nước bắt đầu sôi.

Lúc này, các bọt khí chứa không khí và hơi nước hình thành trong lòng nước, nổi lên và vỡ ở mặt thoáng, giải phóng hơi nước ra khí quyển.

c) Nhiệt hóa hơi riêng

Nhiệt hóa hơi riêng là lượng nhiệt cần cung cấp để 1 kg chất lỏng hóa hơi hoàn toàn tại 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.