Viện Khoa học v Công nghệ Việt Nam l cơ quan nghiên cứu khoa học tự nhiên v công nghệ đa ng nh lớn nhất cả n'ớc, có thế mạnh trong nghiên cứu cơ bản, nghiên c u v phát triển công nghệ, đ
Trang 2HộI ĐồNG BIÊN TậP
Chủ tịch Hội đồng: GS.TSKH Đặng vũ minh
Phó Chủ tịch Hội đồng: GS.TSKH Nguyễn Khoa Sơn
pgs.tskh Nguyễn Tác An, pgs.ts Lê Trần Bình, pgs.tskh Nguyễn Văn C , gs.tskh Vũ Quang Côn, ts Mai H , gs.vs Nguyễn Văn Hiệu, gs.TSKH H Huy Khoái, gs.tskh Nguyễn Xuân Phúc, gs.ts Bùi Công Quế, gs.tskh Trần Văn Sung,pgs.ts Phạm Huy Tiến, gs.ts Trần Mạnh Tuấn, gs.tskh Nguyễn ái Việt
Trang 3Viện Khoa học v Công nghệ Việt Nam l cơ quan nghiên cứu khoa học tự nhiên v công nghệ đa ng nh lớn nhất cả n'ớc, có thế mạnh trong nghiên cứu cơ bản, nghiên c u v phát triển công nghệ,
điều tra t i nguyên thiên nhiên v môi tr'ờng Việt Nam Viện tập trung một đội ngũ cán bộ nghiên cứu có trình độ cao, cơ sở vật chất
kỹ thuật hiện đại đáp ứng các yêu cầu về nghiên cứu v thực nghiệm của nhiều ng nh khoa học tự nhiên v công nghệ
Trong suốt 30 năm xây dựng v phát triển, nhiều công trình v kết quả nghiên cứu có giá trị của Viện đC ra đời phục vụ đắc lực cho
sự nghiệp xây dựng v bảo vệ Tổ quốc Để tổng hợp v giới thiệu có
hệ thống ở trình độ cao, các công trình v kết quả nghiên cứu tới bạn đọc trong n'ớc v quốc tế, Viện Khoa học v Công nghệ Việt Nam quyết định xuất bản bộ sách chuyên khảo Bộ sách tập trung
v o ba lĩnh vực sau:
Nghiên cứu cơ bản;
Phát triển v ứng dụng công nghệ cao;
T i nguyên thiên nhiên v môi tr'ờng Việt Nam
Tác giả của các chuyên khảo l những nh khoa học đầu ng nh của Viện hoặc các cộng tác viên đC từng hợp tác nghiên cứu
Viện Khoa học v Công nghệ Việt Nam xin trân trọng giới thiệu tới các quý độc giả bộ sách n y v hy vọng bộ sách chuyên khảo sẽ
l t i liệu tham khảo bổ ích, có giá trị phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học, ứng dụng công nghệ, đ o tạo đại học v sau đại học
Hội đồng Biên tập
Trang 4Chuy�n ��ng nhi�t là m�t trong các thu�c tính v�n có và c� b�nc�a các h�t vi mô c�u t�o nên th� gi�i v�t ch�t Thu�c tính này không nh�ng tr�c ti�p quy�t ��nh tính ch�t nhi�t mà còn liên quan ch�t ch� t�i h�u h�t các tính ch�t khác c�a v�t ch�t Chính vì v�y,
��ng l�c h�c (dynamics), môn khoa h�c nghiên c�u v�t ch�t xu�t
phát t� các quan sát th�c t� m�i hi�n tư�ng trong t� nhiên, không
th� tách r�i kh�i các thu�c tính nhi�t (thermal) c�a ��i tư�ng, mà g�n bó kh�ng khít v�i nhau �� tr� thành nhi�t ��ng l�c h�c (thermodynamics), m�t ngành khoa h�c �ư�c xem là t�ng quát
nh�t �� nghiên c�u th� gi�i v�t ch�t
Nghiên c�u tính ch�t nhi�t c�a v�t ch�t nói chung, c�a v�t li�unói riêng, �ư�c xem là nh�ng nghiên c�u c� b�n c�a nhi�t ��ng l�c h�c Công c� chính �� nghiên c�u tính ch�t nhi�t c�a v�t ch�t
chính là phân tích nhi�t Các k� thu�t khác nhau c�a phân tích
nhi�t không nh�ng có kh� n�ng cung c�p thông tin v� tính ch�tnhi�t và hành vi nhi�t c�a v�t li�u trong các quá trình công ngh�
mà còn có th� cung c�p thông tin v� r�t nhi�u tính ch�t hoá lý khác c�a v�t li�u và các quá trình liên quan
Hi�n t�i chưa có m�t tài li�u ti�ng Vi�t nào, k� c� sách tham
kh�o, sách giáo khoa và sách chuyên kh�o, vi�t chuyên v� phân tích nhi�t, trong khi nhu c�u tìm hi�u v� nó ngày càng nhi�u, v�i
nh�ng m�c �� và trình �� khác nhau, t� c� s�, nguyên lý t�i khai thác, �ng d�ng Do v�y, ngoài m�c �ích chính c�a chuyên kh�onày là trình bày các k�t qu� �ng d�ng phân tích nhi�t trong nghiên c�u v�t li�u, n�i dung, b� c�c c�ng như cách trình bày c�a chuyên kh�o còn ��ng th�i hư�ng t�i m�c �ích tr� thành giáo trình, sách tham kh�o cho các ��i tư�ng nghiên c�u, gi�ng d�y trong các l�nhv�c khác nhau c�a khoa h�c và công ngh� v�t li�u, có liên quan
nhi�u t�i phân tích nhi�t, như hoá lý, hoá v�t li�u, hoá dư�c, hoá
d�u, hoá sinh, hoá công nghi�p, hoá th� như�ng, ��a hoá, v.v N�i dung c�a chuyên kh�o �ư�c chia làm 3 chư�ng:
Chư�ng I: C s nhi t ng l c h c, gi�i thi�u m�t cách
��i cư�ng các khái ni�m c� b�n c�a nhi�t ��ng l�c h�c, gi�i
Trang 5Chư�ng II: C s Phân tích nhi t, trình bày các khái ni�m
��c thù và c� b�n c�a phân tích nhi�t, bao g�m nguyên lý,
c�u t�o thi�t b�, gi�n �� nhi�t và ��nh hư�ng �ng d�ng c�a
phân tích nhi�t nói chung trong �ó tr�ng tâm là các k� thu�t phân tích nhi�t thông d�ng
Chư�ng III: Các ng d ng phân tích nhi t trong nghiên
c u v t li u, là n�i dung chính c�a chuyên kh�o Các k�t
qu� �ư�c gi�i thi�u tư�ng ��i phong phú c� v� cách th�ckhai thác, �ng d�ng phân tích nhi�t, c�ng như v� ��i tư�ngv�t li�u, �ư�c l�a ch�n, h� th�ng và tóm t�t t� các công trình c�a tác gi� và ��ng tác gi� �ã công b� trong th�i gian
1995 2005, dư�i d�ng các bài toán ��c l�p v� �ng d�ng
phân tích nhi�t trong nghiên c�u v�t li�u.
Tác gi� chân thành cám �n các ��ng nghi�p t�i Vi�n Khoa h�c
và Công ngh� Vi�t Nam v� s� h�p tác và cho phép s� d�ng trong chuyên kh�o này m�t ph�n các n�i dung �ã công b� chung Tác gi�
��c bi�t cám �n giáo sư Nguy�n H�u Phú và giáo sư Nguy�n Xuân Phúc v� nh�ng góp ý t�n tình và sâu s�c sau khi ��c b�n th�o Tác
gi� c�ng cám �n k� thu�t viên qu�n lý và v�n hành h� thi�t b� phân tích nhi�t Shimadzu TA 50, Vi�n Hoá h�c, v� các d� li�u minh
ho�
Dù h�t s�c c� g�ng, nhưng cu�n sách không th� không còn s�su�t Tác gi� hoan nghênh m�i góp ý �� cu�n sách �ư�c hoàn thi�nh�n
Hà N�i, tháng 11/2007
Tác gi�
Ph�n l�n gi�n �� nhi�t s� d�ng trong chuyên kh�o này �ư�c trích in l�i t� ph�n m�m Shimadzu TA50-WSI v�i �ơn v�, chú thích, … nguyên b�n b�ng ti�ng Anh
Trang 6I C NG NHI T NG L C H C CHO PHÂN TÍCH NHI T
Nhi�t ��ng l�c h�c là ngành khoa h�c nghiên c�u các quá trình bi�n ��i v�t ch�t theo quan �i�m n�ng lư�ng, d�a trên m�t s� ��nhlu�t cơ b�n c�a t� nhiên, g�i là các ��nh lu�t nhi�t ��ng l�c h�c Các ��nh lu�t có tính t�ng quát cao này mô t� m�i quan h� có tính quy lu�t gi�a các ��i lư�ng v�t lý ��c trưng cho các tính ch�t cơb�n c�a v�t ch�t, trong �ó quan tr�ng nh�t là các tính ch�t nhi�t, có ngu�n g�c là chuy�n ��ng nhi�t c�a các phân t�, nguyên t�, và
�ư�c nghiên c�u ch� y�u b�ng các k� thu�t khác nhau c�a phương pháp phân tích nhi�t
Phân tích nhi�t �ư�c xem là m�t công c� th�c nghi�m quan tr�ng,
��u tay trong nghiên c�u nhi�t ��ng l�c h�c Ngư�c l�i, toàn b� cơ s�
lý thuy�t c�ng như nguyên lý �ng d�ng c�a phân tích nhi�t ��u �ư�cxây d�ng d�a trên các quy lu�t cơ b�n c�a nhi�t ��ng l�c h�c Vì v�y, trong chương ��u tiên c�a chuyên kh�o này v� phân tích nhi�t và các
�ng d�ng c�a phân tích nhi�t trong khoa h�c v�t li�u, m�t s� khái ni�m cơ b�n c�a nhi�t ��ng l�c h�c s� �ư�c h� th�ng và gi�i thi�um�t cách khái lư�c
M�c dù phân tích nhi�t, k� c� lý thuy�t và th�c nghi�m, c�ng nhưcác ��i tư�ng v�t li�u, các quá trình công ngh� v�i v�t li�u ��u liên quan ch�t ch� t�i nhi�u khái ni�m c�a nhi�t ��ng l�c h�c, nhưng nhi�t ��ng l�c h�c là m�t ngành khoa h�c r�t bao quát và r�ng l�n,
�ư�c gi�i thi�u � nh�ng m�c �� khác nhau trong r�t nhi�u giáo trình,
do v�y trong khuôn kh� gi�i h�n c�a chuyên kh�o này ch� có th� �� c�p và nh�n m�nh t�i các khái ni�m r�t cơ b�n c�a nhi�t ��ng l�ch�c, có liên quan tr�c ti�p hay gián ti�p t�i phân tích nhi�t
Nh�ng ki�n th�c nhi�t ��ng l�c h�c �ư�c trình bày trong chương này �ư�c ch�n l�a và di�n gi�i trong m�i quan h� ch�t ch� v�i phân
Trang 7tích nhi�t, ��m b�o tính th�ng nh�t và h� th�ng v�i 2 chương sau c�achuyên kh�o, ��ng th�i là cơ s� �� ngư�i ��c có th� hi�u sâu nguyên
lý phân tích nhi�t, ý ngh�a c�a các d� li�u th�c nghi�m phân tích nhi�t và cách �ng d�ng h�u hi�u các công c� phân tích nhi�t trong nghiên c�u v�t li�u
I 1 M u v" nhi$t &ng l(c h*c cho phân tích nhi$t
Khái ni�m nhi�t ��ng l�c h�c (Thermodynamics) �ư�c William Thomson dùng l�n ��u tiên vào n�m 1849 khi nghiên c�u các quá trình x�y ra trong ��ng cơ hơi nư�c, nhưng n�n móng c�a nhi�t ��ng l�c h�c �ã �ư�c �� c�p s�m hơn, ngay t� n�m 1823, khi Sadi Carnot l�n ��u tiên tìm cách xác ��nh quan h� chuy�n ��i nhi�t lư�ng thành công cơ h�c Ngành khoa h�c m�i này �ã �ư�c hình thành t� gi�a th�k� 19 như là m�t t�t y�u �� gi�i quy�t các b� t�c k� thu�t liên quan t�iquá trình chuy�n ��i gi�a nhi�t lư�ng và công cơ h�c Thành công r�c r� kh�ng ��nh vai trò quan tr�ng và t�ng quát c�a nhi�t ��ng l�ch�c g�n li�n v�i phát minh máy hơi nư�c, m� �ư�ng cho cu�c cách m�ng công nghi�p cu�i th� k� 19, làm thay ��i h�n b�c tranh t�ng th�c�a s� phát tri�n xã h�i �ương ��i
Tên g�i nhi�t ��ng l�c h�c Thermodynamics, có ngu�n g�c t�ti�ng Hy L�p: Thermos = nhi�t (heat), Dynamis = l�c, s�c m�nh (power) Nó ph�n ánh b�n ch�t và ��i tư�ng chính c�a ngành khoa h�c này là nghiên c�u ngu�n g�c c�a các quá trình nhi�t Nói m�tcách t�ng quát hơn, nhi�t ��ng l�c h�c là môn khoa h�c nghiên c�ucác quá trình bi�n ��i c�a th� gi�i v�t ch�t xét theo b�n ch�t n�ng lư�ng, hay nói theo cách ngư�c l�i là nghiên c�u các quá trình bi�n
��i n�ng lư�ng g�n li�n v�i các bi�n ��i v�t ch�t
N�ng lư�ng c�a m�i v�t th� bao g�m 3 ph�n: ��ng n�ng (liên quan t�i chuy�n ��ng c�a v�t th�, ví d� chi�c xe chuy�n ��ng 60km/h có
��ng n�ng l�n hơn khi nó ch�y v�i 40km/h), th� n�ng (liên quan t�iv� trí c�a v�t th� trong trư�ng nào �ó, thư�ng là tr�ng trư�ng trái ��t,
ví d� hòn �á � ��nh núi cao có th� n�ng l�n hơn th� n�ng c�a chính hòn �á �ó khi � chân núi) và d�ng th� 3 là n�i n�ng (liên quan t�inhi�t, ví d� c�c nư�c nóng có n�i n�ng l�n hơn c�c nư�c l�nh)
�i�u ki�n c�a các bài toán nhi�t ��ng l�c h�c thư�ng �ư�c th�amãn �� có th� b� qua ��ng n�ng và th� n�ng Do �ó, n�i n�ng là ��itư�ng chính c�a nhi�t ��ng l�c h�c V� b�n ch�t, n�i n�ng c�ng chính
Trang 8là ��ng n�ng, nhưng là ��ng n�ng xét theo góc �� vi mô, ��ng n�ng c�a các phân t�, nguyên t� c�u t�o nên v�t th�, khác v�i ��ng n�ng c�a chính v�t th� xét m�t cách v� mô như trư�ng h�p ��ng n�ng c�achi�c xe nêu � ví d� trên
Chuy�n ��ng c�a các phân t�, nguyên t� c�u t�o nên v�t th� di�n
ra không ng�ng và �ư�c g�i là chuy�n ��ng nhi�t Không m�t quá trình v�t ch�t nào di�n ra trong v� tr� mà trong �ó không có chuy�n
��ng nhi�t B�n thân s� t�n t�i c�a v�t th� c�ng là t�ng hoà c�a các quá trình cân b�ng vi mô ho�c v� mô và không th� tách r�i chuy�n
��ng nhi�t
Trong ph�n l�n tài li�u ti�ng Vi�t, chúng ta v�n thư�ng g�i t�tnhi�t ��ng l�c h�c là nhi�t ��ng h�c và các tính t� liên quan nhưthông s� nhi�t ��ng l�c h�c, hàm nhi�t ��ng l�c h�c, c�ng �ư�c g�it�t là thông s� nhi�t ��ng, hàm nhi�t ��ng Nói chung, cách g�i t�tnh�m ��t ti�n l�i trong s� d�ng này không gây nên s� nh�m l�n nào, tr� thành thói quen và �ã �ư�c ch�p nh�n Nhưng trong m�t s� l�nh v�c nh�t ��nh c�a khoa h�c t� nhiên, trong �ó có phân tích nhi�t, bên c�nh khái ni�m nhi�t ��ng l�c h�c (thermal dynamics, thermodynamics), còn t�n t�i khái ni�m nhi�t ��ng h�c (thermal kinetics, thermokinetics), là m�t khái ni�m có liên quan ch�t ch�nhưng hoàn toàn khác v�i nhi�t ��ng l�c h�c, do v�y không th� dùng chung m�t t� �� ch� 2 khái ni�m khác nhau Dù v�y, �� �ơn gi�n và ti�n l�i, trong chuyên kh�o này v�n s� d�ng theo truy�n th�ng cách g�i t�t nhi�t ��ng l�c h�c là nhi�t ��ng h�c, còn khái ni�m ��ng h�cxét trong m�i liên quan t�i tính ch�t nhi�t (thermal kinetics, thermokinetics) t�m d�ch là ��ng h�c nhi�t
K� t� khi ra ��i, nhi�t ��ng h�c �ã không ng�ng phát tri�n, t�nhi�t ��ng h�c c� �i�n trong giai �o�n ��u, ti�p sau là nhi�t ��ng h�cth�ng kê và n�a cu�i th� k� 20 là s� ra ��i c�a nhi�t ��ng h�c các quá trình không cân b�ng
Trong giai �o�n ��u, nhi�t ��ng h�c ch� y�u nghiên c�u các quy lu�t chuy�n ��i cơ nhi�t, d�a trên các ��nh lu�t có tính khái quát cao c�a nhi�t ��ng h�c, áp d�ng cho v�t th� v� mô g�m lư�ng l�n các ph�n t� vi mô mà không tính ��n hành vi c�a m�i ph�n t� vi mô thành ph�n Ngày nay, ngư�i ta xem cách ti�p c�n như v�y là c� �i�n
và tương �ng v�i nó là l�nh v�c nhi�t ��ng h�c c� �i�n
N�m 1871, Clausius và Maxwell �ã k�t h�p nhi�t ��ng h�c c�
�i�n v�i v�t lý th�ng kê �� xây d�ng nên m�t nhánh m�i c�a nhi�t
Trang 9��ng h�c, có tên nhi�t ��ng h�c th�ng kê (Statistical Thermodynamics) D�a vào các quy lu�t th�ng kê, nhi�t ��ng h�cth�ng kê phân tích các quá trình x�y ra v�i t�ng phân t�, nguyên t�riêng bi�t �� tìm ra các quy lu�t chung cho c� t�p h�p phân t�, nh�mgi�i thích tính ch�t c�a c� h� So v�i nhi�t ��ng h�c c� �i�n, nhi�t
��ng h�c th�ng kê cho phép nh�n �ư�c nh�ng hi�u bi�t sâu s�c hơnv� b�n ch�t v�t lý c�a các quá trình nhi�t ��ng c�ng như b�n ch�t c�achính các ��i lư�ng nhi�t ��ng h�c
Các quy lu�t c�a nhi�t ��ng h�c c� �i�n c�ng như nhi�t ��ng h�cth�ng kê ch� áp d�ng cho các h� và các quá trình th�a mãn �i�u ki�ncân b�ng, bao g�m cân b�ng nhi�t, cân b�ng cơ h�c và cân b�ng hóa h�c, vì v�y còn �ư�c g�i chung là nhi�t ��ng h�c các quá trình cân b�ng hay �ơn gi�n là nhi�t ��ng h�c cân b�ng Trên th�c t�, �i�u ki�ncân b�ng nhi�t ��ng không ph�i lúc nào c�ng �ư�c th�a mãn Ngay c� khi cân b�ng �ã �ư�c xác l�p thì do nh�ng nguyên nhân nào �ócân b�ng c�ng r�t d� b� phá v�, h� chuy�n sang tr�ng thái không cân b�ng, �� sau �ó ti�n t�i xác l�p m�t tr�ng thái cân b�ng m�i “��ng yên là t�m th�i, chuy�n ��ng là v�nh vi�n” chính là qui lu�t bi�nch�ng c�a s� t�n t�i và phát tri�n c�a th� gi�i v�t ch�t Nhưng trong nhi�t ��ng h�c cân b�ng, ngư�i ta hoàn toàn không quan tâm t�i s�m�t cân b�ng, t�c là không quan tâm t�i khía c�nh ��ng h�c c�a các quá trình
�� gi�i quy�t bài toán không cân b�ng nêu trên, m�t ngành khoa h�c m�i Nhi�t ��ng h�c các quá trình không cân b�ng, hay g�i v�nt�t là nhi�t ��ng h�c không cân b�ng �ã �ư�c hình thành vào n�asau c�a th� k� 20
V� nguyên t�c, có th� th�c hi�n nh�ng x� lý nh�t ��nh, �ơn gi�nho�c ph�c t�p, �� chuy�n ��i các ��i lư�ng, các quy t�c c�a nhi�t
��ng h�c cân b�ng sang nhi�t ��ng h�c không cân b�ng Hai gi�ipháp thích h�p thư�ng �ư�c áp d�ng cho m�c �ích trên: M�t là chia nh� h� thành các h� con, hai là �ưa thêm các thành ph�n ph� thu�cth�i gian vào trong các bi�u th�c nhi�t ��ng h�c cân b�ng
Gi�i pháp chia h� thành các h� con �ư�c th�c hi�n sao cho �i�uki�n cân b�ng �ư�c th�a mãn v�i m�i h� con thành ph�n Khi �ó, tính ch�t c�a h� nhi�t ��ng không cân b�ng s� là t�ng tính ch�t c�a các h�con cân b�ng Gi�i pháp này có th� áp d�ng cho c� các h� g�n cân b�ng c�ng như các h� xa cân b�ng
Trang 10Gi�i pháp b� sung bi�n s� th�i gian s� d�n ��n các bài toán ��ng h�c nhi�t Ngư�i ta thư�ng chia ph�n ph� thu�c th�i gian làm 2 thành ph�n, �ng v�i 2 quá trình là quá trình chuy�n d�ch (transportation) và quá trình h�i ph�c (relaxation) Các quá trình này �ư�c áp d�ng �� tính toán các thông s� nhi�t ��ng h�c c�a h�, như nhi�t ��, áp su�t, thành ph�n
Thông s� nhi�t ��ng h�c cơ b�n trong các mô hình và tính toán không cân b�ng là entropy S, hay chính xác hơn là vi phân theo th�igian c�a entropy (dS/dt) Trong nhi�t ��ng h�c, entropy bi�u th� m�c
�� m�t tr�t t� c�a h� theo th�i gian ho�c không gian Trong phân tích nhi�t, ngư�i ta thư�ng chia ��i lư�ng này thành 2 ph�n:
dt
S d dt
S d dt
Trong �ó, s� h�ng th� nh�t mô t� quá trình trao ��i nhi�t, s� h�ngth� hai mô t� quá trình trao ��i ch�t Ch� s� dư�i e là �� di�n t� quá trình trao ��i nhi�t thư�ng x�y ra gi�a h� và bên ngoài (external), trong khi ch� s� dư�i i di�n t� các quá trình trao ��i ch�t, thư�ng là gi�a các thành ph�n thu�c b�n thân h� (internal) K� thu�t phân tích thay ��i kh�i lư�ng theo nhi�t �� (TGA) s� �� c�p chi ti�t trong m�cII.6 chính là công c� �� �ánh giá s� h�ng th� hai, liên quan t�i trao
��i ch�t, còn s� h�ng th� nh�t có th� �ư�c vi�t l�i thành:
dt T
dQ dt
S
d e
Trong �ó, Q là nhi�t lư�ng, T là nhi�t ��
Phân tích nhi�t lư�ng vi sai quét (DSC), s� �� c�p trong m�c II.5,
là m�t trong các k� thu�t c�a phân tích nhi�t, thích h�p �� kh�o sát s�h�ng liên quan t�i quá trình trao ��i nhi�t lư�ng này
Ph�n l�n th�c nghi�m phân tích nhi�t �ư�c ti�n hành trong �i�uki�n không cân b�ng ho�c g�n cân b�ng May m�n là trong nhi�u bài toán phân tích nhi�t, các quá trình di�n ra r�t ch�m, hay �� ch�m, nên v�n có th� áp d�ng m�t cách g�n �úng như v�i h� cân b�ng, v�inh�ng hi�u ch�nh nh� M�c dù nhi�t ��ng h�c không cân b�ng, hay còn g�i là nhi�t ��ng h�c b�t thu�n ngh�ch, �óng vai trò quan tr�ng trong phân tích nhi�t, k� c� v� lý thuy�t c�ng như th�c nghi�m,
Trang 11nhưng lý thuy�t ��y �� c�a nó tương ��i ph�c t�p, nên không n�mtrong ph�m vi chuyên kh�o này
Bên c�nh cách chia nhi�t ��ng h�c thành nhi�t ��ng h�c c� �i�n, nhi�t ��ng h�c th�ng kê, nhi�t ��ng h�c cân b�ng và nhi�t ��ng h�ckhông cân b�ng như nêu trên, ngư�i ta còn chia nhi�t ��ng h�c thành nhi�t ��ng h�c ��i cương, nhi�t ��ng h�c k� thu�t và nhi�t ��ng h�chóa h�c
Vì các ��nh lu�t c�a nhi�t ��ng h�c có tính t�ng quát r�t cao, �ng d�ng �ư�c cho nhi�u l�nh v�c, ��ng th�i, khoa h�c và ki�n th�c c�acon ngư�i v� th� gi�i v�t ch�t ngày càng r�ng hơn, sâu s�c hơn, nên nhi�t ��ng h�c c�ng ngày càng �ư�c m� r�ng và �ng d�ng có hi�uqu�, không nh�ng cho các ngành khoa h�c th�c nghi�m và khoa h�c
�ng d�ng mà cho c� nhi�u l�nh v�c khoa h�c khác R�t nhi�u ngành khoa h�c m�i d�a trên nhi�t ��ng h�c �ã ra ��i, như nhi�t ��ng h�csinh h�c (Biological Thermodynamics), nhi�t ��ng h�c khí quy�n
(Atmospheric Thermodynamics), nhi�t ��ng h�c h� �en (Black Hole Thermodynamics), nhi�t ��ng h�c môi trư�ng (Environmental Thermodynamics), v.v…
I.2 M&t s1 khái ni$m và 6i l 7ng c b9n c:a nhi$t &ng h*c
I.2.1 H nhi t ng h c
��i tư�ng c�a nhi�t ��ng h�c là các v�t th� v� mô, g�i là h� nhi�t
��ng h�c, hay g�i v�n t�t là h�, bao g�m m�t lư�ng �� l�n các thành ph�n vi mô như phân t�, nguyên t� M�t h� nhi�t ��ng h�c có th� là h� ��ng th� hay h� d� th�, h� ��ng nh�t hay h� không ��ng nh�t, h�
�óng, h� m� hay h� cô l�p
H� ��ng th� là h� mà các tính ch�t c�a nó ho�c là không ��i trong toàn h�, ho�c là thay ��i ��u liên t�c gi�a các ph�n c�a h�, hoàn toàn không có nh�ng m�t phân cách bên trong h� N�u bên trong h� t�n t�inh�ng m�t phân cách thì h� là d� th� Nư�c � th� l�ng ho�c nư�c �ách�a trong bình là ví d� c�a h� ��ng th�, trong khi nư�c l�ng và nư�c
�á ch�a trong cùng m�t bình l�i là ví d� v� h� d� th�
H� ��ng nh�t là h� có các tính ch�t như nhau trong toàn h� N�ukhông th�a mãn �i�u ki�n trên thì h� là không ��ng nh�t �i�u ki�n
�� h� th�t s� là ��ng nh�t r�t khó �ư�c th�a mãn tính theo t�t c� các tính ch�t ��c trưng cho h�, ngay c� v�i các h� có kích thư�c nh� Do
Trang 12�ó, thư�ng ngư�i ta gi�i h�n xem h� là ��ng nh�t xét theo m�t ho�cm�t vài tính ch�t xác ��nh nào �ó mà ngư�i ta quan tâm, ví d� ��ng nh�t v� thành ph�n, v� màu s�c hay nhi�t �� mà không tính ��n m�c
�� ��ng nh�t c�a các thông s� khác
H� ��ng nh�t ch�c ch�n là h� ��ng th�, nhưng h� ��ng th� không ch�c ch�n là h� ��ng nh�t Ví d� c�c nư�c mu�i là h� ��ng th�, trong c�c nư�c mu�i không t�n t�i các m�t phân cách, nhưng n�ng �� mu�ihay nhi�t �� nư�c mu�i có th� khác nhau gi�a ph�n trên và ph�n dư�ic�c, do �ó h� là không ��ng nh�t
Xét theo kh� n�ng trao ��i v�t ch�t và n�ng lư�ng gi�a h� và môi trư�ng, ngư�i ta phân bi�t ra h� m�, h� �óng và h� cô l�p H� m� là h� có th� trao ��i c� v�t ch�t và n�ng lư�ng v�i môi trư�ng, ví d� nhưc�c nư�c �� trên m�t bàn có th� trao ��i c� nhi�t c�ng như nư�c v�ikhí quy�n (Hình 1.1.a) V�i h� �óng, n�ng lư�ng có th� �ư�c trao ��igi�a h� và môi trư�ng, nhưng không có trao ��i v�t ch�t, ví d� như l�kín ��ng hóa ch�t có th� trao ��i nhi�t qua thành l� nhưng không trao
��i v�t ch�t v�i môi trư�ng (Hình 1.1.b) H� cô l�p là h� hoàn toàn cách ly v�i môi trư�ng, c� v� n�ng lư�ng và v�t ch�t Nư�c ��ng trong phích kín, b�o ôn t�t b�ng chân không, có th� xem g�n �úng là h� cô l�p (Hình 1.1.c)
Hình 1.1: Minh h a khái ni m h m' (a), h óng (b) và h cô l/p (c)
Trang 13Trong phân tích nhi�t, ngu�i ta không nh�ng quan tâm ��n �i�uki�n h� có là ��ng nh�t hay không, mà còn ��c bi�t quan tâm ��n
�i�u ki�n h� là �óng, m� hay cô l�p �i�u ki�n lý tư�ng cho phân tích nhi�t là h� cô l�p, nhưng nó ch� có ý ngh�a lý thuy�t hay mô hình vì th�c t� khó ��t �ư�c h� cô l�p th�t s� Trên th�c t�, các phép �o phân tích nhi�t ��u �ư�c th�c hi�n ho�c là trên h� m�, ho�c là h� �óng ho�c g�n �óng
I.2.2.Tr ng thái, quá trình và thông s nhi t ng h c
Tr�ng thái t�n t�i c�a m�t h� �ư�c xác ��nh b�i t�p h�p các tính ch�tv� mô c�a h� N�u các tính ch�t v� mô c�a h� không thay ��i theo th�igian, ta có tr�ng thái cân b�ng nhi�t ��ng Trư�ng h�p riêng c�a cân b�ng nhi�t ��ng là khi trong h� v�n t�n t�i các thông lư�ng (chuy�nd�ch), nhưng là các thông lư�ng d�ng, không ��i theo th�i gian, �ó là tr�ng thái d�ng hay còn g�i là cân b�ng ��ng �ây chính là tr�ng thái ph� bi�n trong th�c nghi�m phân tích nhi�t
Khi m�t ho�c nhi�u tính ch�t c�a h�, hay nói cách khác là khi �i�uki�n t�n t�i tr�ng thái c�a h� thay ��i, h� s� chuy�n sang tr�ng thái m�i S� thay ��i c�a h� t� m�t tr�ng thái này sang tr�ng thái khác, có th� qua m�t ho�c nhi�u tr�ng thái trung gian, g�i là quá trình nhi�t
��ng h�c
N�u tr�ng thái ��u và cu�i c�a quá trình là như nhau, quá trình là khép kín hay còn g�i là chu trình Ngư�c l�i, quá trình là m� n�utr�ng thái ��u và cu�i khác nhau
M�t �i�u thú v� là hai khái ni�m quá trình (bi�n ��i, di�n ti�n) và cân b�ng (�n ��nh, không ��i) có ý ngh�a ngư�c nhau l�i th�ng nh�tnhau trong khái ni�m quá trình cân b�ng c�a nhi�t ��ng h�c M�t quá trình �ư�c xem là cân b�ng n�u trong di�n ti�n, su�t t� ��u ��n cu�i, h� luôn luôn ch� l�ch không �áng k� kh�i tr�ng thái cân b�ng
N�u quá trình di�n ra theo m�t chi�u (chi�u thu�n), r�i sau �ó theo chi�u ngư�c l�i (chi�u ngư�c), tr�i qua c�ng chính nh�ng tr�ng thái trung gian như khi theo chi�u thu�n, nhưng v�i trình t� ngư�c l�i, mà không �� l�i b�t k� s� thay ��i nào cho môi trư�ng, thì �ư�c g�i là quá trình thu�n ngh�ch Ngư�i ta c�ng d� dàng ch�ng minh �ư�c r�ng m�i quá trình thu�n ngh�ch ��u là các quá trình cân b�ng
Trong nhi�t ��ng h�c, nh�t là trong phân tích nhi�t, ngư�i ta còn quan tâm t�i m�t s� quá trình ��c bi�t khác, �ó là các quá trình ��ng
Trang 14áp, ��ng nhi�t và �o�n nhi�t Quá trình ��ng áp là quá trình x�y ra khi
áp su�t c�a h� không thay ��i (p=const) Tương t�, quá trình x�y ra khi nhi�t �� không ��i �ư�c g�i là quá trình ��ng nhi�t (T=const), còn quá trình �o�n nhi�t là quá trình di�n ra khi không có trao ��inhi�t c�a h� v�i môi trư�ng Trên th�c t�, nh�t là v�i th�c nghi�mphân tích nhi�t, c�ng gi�ng như trư�ng h�p �i�u ki�n �� h� là cô l�p, thư�ng chúng ta ch� có th� ��t ��n �i�u ki�n g�n �o�n nhi�t, g�n ��ng nhi�t hay g�n ��ng áp ch� không th� ��t ��n các �i�u ki�n tuy�t ��i
Ví d�, quá trình di�n ra trong �i�u ki�n g�n �o�n nhi�t t�c là khi s�trao ��i nhi�t r�t nh� ho�c quá trình x�y ra r�t nhanh
M�i tr�ng thái hay quá trình �ư�c xác ��nh b�ng m�t t�p h�p các tính ch�t Thông thư�ng, m�i tính ch�t �ư�c ��c trưng b�i 1 ��ilư�ng v�t lý nh�t ��nh Trong nhi�t ��ng h�c, các ��i lư�ng v�t lý xác
��nh tr�ng thái hay quá trình c�a h� �ư�c g�i là các thông s� nhi�t
��ng h�c
Các thông s� nhi�t ��ng h�c xác ��nh tr�ng thái c�a h� g�i là thông s� tr�ng thái hay hàm tr�ng thái, giá tr� c�a chúng không ph�thu�c di�n ti�n c�a quá trình mà ch� ph� thu�c �i�m kh�i ��u và k�tthúc quá trình, như th� tích (V), nhi�t �� (T), áp su�t (p)
Các thông s� mà giá tr� c�a chúng không nh�ng ph� thu�c tr�ng thái ��u và cu�i c�a quá trình mà còn ph� thu�c di�n ti�n c�a quá trình, như nhi�t lư�ng Q hay công cơ h�c A, g�i là các thông s� quá trình Chúng không ph�i là các thông s� tr�ng thái
Các thông s� nhi�t ��ng h�c còn �ư�c phân chia thành thông s�c�ng tính và thông s� không c�ng tính Thông s� c�ng tính là thông s� mà giá tr� c�a nó thay ��i khi �� l�n c�a h� thay ��i, nói cách khác
là giá tr� c�a chúng t� l� v�i kh�i lư�ng.Ví d�, m�t h�, �ư�c t�o thành t� 2 h� con có th� tích V b�ng nhau, s� có th� tích là V+V=2V ch�không ph�i là V Như v�y th� tích V là thông s� c�ng tính
Thông s� không có c�ng tính là các thông s� không ph� thu�ckích thư�c h�, không t� l� v�i kh�i lư�ng h� Ví d�, m�t h�, �ư�c t�o
Tính t� ti�ng Anh tư�ng �ng là intensive và extensive Trong các tài li�u ti�ng Vi�t có nhi�u cách g�i khác nhau ��i v�i thông s� nhi�t ��ng h�c, như thông s� n�i và thông s� ngo�i hay thông s� cư�ng tính và thông s� qu�ng tính, thông s� cư�ng �� và thông s� dung ��.
Trang 15thành t� 2 h� con cùng có nhi�t �� T, s� có nhi�t �� chung c�ng là T ch� không ph�i là T+T=2T Nhi�t �� là thông s� không có c�ng tính Trên b�ng 1.1 nêu ra các thông s� nhi�t ��ng h�c cơ b�n nh�t cùng v�i m�t s� ��c trưng quan tr�ng c�a các thông s� này Các ��c trưng quan tr�ng nh�t �ư�c li�t kê trong b�ng g�m ký hi�u, phân lo�i thông s� (có c�ng tính hay không, là thông s� tr�ng thái hay thông s� quá trình), �ơn v� SI và kh� n�ng xác ��nh chúng b�ng các công c� phân tích nhi�t (tr�c ti�p hay gián ti�p) Thông tin trên b�ng cho th�y vai trò quan tr�ng c�a phân tích nhi�t trong nghiên c�u nhi�t ��ng h�c 5 trong s� 8 thông s� li�t kê trong b�ng có th� xác ��nh tr�c ti�p b�ng các k� thu�t khác nhau c�a phân tích nhi�t
B1ng 1.1: Danh sách các bi n tr ng thái quan tr ng
liên quan t7i phân tích nhi t
Tên Ký
hi u
Thông s: n v; Xác ;nh b=ng
phân tích nhi t N>ng l ?ng U C ng tính, tr ng
tính, tr ng thái K Tr c ti pThC tích V C ng tính, tr ng
Trang 16I.2.3 Nhi t l!"ng
��u tiên c�n phân bi�t nhi�t lư�ng và nhi�t ��, là hai khái ni�m r�td� l�n l�n S� nh�m l�n 2 khái ni�m này không ch� thu�c v� l�ch s�, khi con ngư�i chưa hi�u rõ b�n ch�t nhi�t �� và nhi�t lư�ng,
mà còn t�n t�i ngay c� ��n ngày nay Ch�ng h�n, m�c dù trong ti�ng Anh, nhi�t lư�ng (heat) và nhi�t �� (temperature) là hai t�hoàn toàn khác nhau, nhưng trong t� �i�n Webster, m�t trong s�các t� �i�n r�t thông d�ng và có uy tín ��i v�i các nư�c nói ti�ngAnh, nhi�t lư�ng v�n �ư�c ��nh ngh�a là m�c �� nóng, �� ch� m�c
�� nóng l�nh c�a phòng �, khí h�u hay th�i ti�t, m�c dù �úng ra thì m�c �� nóng ph�i hi�u là nhi�t ��
Trong ti�ng Vi�t, s� nh�m l�n như trên h�u như không x�y ra, m�c dù b�n thân hai t� nhi�t lư�ng và nhi�t �� có ph�n chung nhau
là “nhi�t” Nhưng trên th�c t�, chúng ta v�n thư�ng nói: �o nhi�t, nhi�t k�, thang �o nhi�t, h� nhi�t, … m�c dù �úng ra ph�i là: �onhi�t ��, nhi�t �� k�, thang �o nhi�t ��, h� nhi�t �� C�ng có th�hi�u �ây là m�t cách nói t�t
�� phân bi�t b�n ch�t nhi�t lư�ng và nhi�t ��, chúng ta quan sát
2 thí nghi�m r�t �ơn gi�n sau:
Thí nghi�m 1: Dùng 2 �èn c�n gi�ng nhau, m�t �� ��t nóng m�t
��ng xu kim lo�i và m�t �� �un sôi m�t bình nư�c Sau m�t kho�ng th�i gian nh�t ��nh, ��ng xu tr� nên nóng �� còn bình nư�c nóng lên ho�c sôi Rõ ràng, ��ng xu nóng �� có nhi�t �� (temperature) cao hơnnhi�u so v�i bình nư�c, nhưng ngư�c l�i, bình nư�c l�i có th� nh�n và ch�a nhi�u nhi�t lư�ng (heat) hơn ��ng xu
Thí nghi�m 2: �un m�t chi�c �m bên trong ch�a l�n �á (nư�c
�á) và nư�c, �ã cân b�ng nhi�t � 00C �o nhi�t �� c�a nư�c trong
�m cho th�y, m�c dù �m nư�c nh�n nhi�t t� b�p nhưng ban ��unhi�t �� c�a nư�c trong �m l�i không t�ng B� qua ph�n nhi�t làm nóng �m ban ��u thì nhi�t t� b�p �ã �ư�c dùng �� làm tan �áthành nư�c, như v�y nư�c có nh�n nhi�t nhưng nhi�t �� c�a nó
Nguyên v�n ti�ng Anh trong Webster’s dictionary: “Heat – much hotness; great warmth; as, the heat of this room is unbearable; hot weather or climate; as, the heat of the tropics; the heat of the day”
Trang 17không t�ng Sau �ó, khi �á �ã tan h�t, lư�ng nhi�t mà nư�c nh�n t�b�p m�i có tác d�ng làm cho nhi�t �� nư�c trong �m t�ng lên Hai thí nghi�m trên cho th�y nhi�t lư�ng và nhi�t �� là hai khái ni�m cơ b�n c�a nhi�t ��ng h�c, chúng có liên quan r�t ch�t ch�v�i nhau, nhưng chúng không ph�i là m�t, chúng là nh�ng thông s� hoàn toàn khác nhau c�a các quá trình nhi�t, mô t� nh�ng m�tkhác nhau c�a v�t ch�t
Trong l�ch s�, Joseph Black (1728 1799) là ngư�i ��u tiên tách b�ch nhi�t lư�ng và nhi�t ��, m�c dù chưa xác ��nh �úng b�n ch�tc�a chúng và quan h� gi�a chúng v�i nhau
Trư�c h�t xin nói v� nhi�t lư�ng Ngay t� th� k� th� 6 trư�cCông nguyên, Lão T�, ngư�i sáng l�p ��o giáo � Trung Hoa �ãxem v�n v�t �ư�c c�u t�o t� 5 ti�n t� (ng� hành) là Kim (kim lo�i), M�c (g�), Th�y (nư�c), Ho� (l�a) và Th� (��t) Các tri�t gia Hy L�p c� ��i th� k� 4 trư�c Công nguyên l�i xem ch�t nhi�t, ch�tl�ng, ch�t r�n và ch�t khí, t�c là nhi�t và 3 tr�ng thái t�n t�i cơ b�nc�a v�t ch�t, là 4 ti�n t� c�u t�o nên m�i v�t (Hình 1.2) Như v�y, c� 2 h� th�ng tri�t h�c c� ��i c�a phương �ông và phương Tây
��u ghi nh�n l�a/nhi�t như là m�t trong các y�u t� cơ b�n c�u t�onên v� tr� �i�u �ó ch�ng t� l�a/nhi�t �ã có quan h� m�t thi�t v�is� phát tri�n xã h�i loài ngư�i t� r�t s�m Dù v�y, �� hi�u tư�ng t�n b�n ch�t c�a nhi�t, nhân lo�i c�ng ph�i tr�i qua m�t ch�ng
�ư�ng r�t dài c�a quá trình nh�n th�c
Hình 1 2: Mô t1 vO trP theo tri t h c Hy L p cR i, gSm 4 tiUn t:: Khí (Air),
N 7c (Water), Gt (Earth) và LXa (Fire)
Trang 18Trong các sách v� còn lưu l�i, khái ni�m nhi�t �ư�c nhà tri�th�c Francis Bacon (1561 1626) nói ��n r�t s�m, ngay t� n�m
1620 Ông kh�ng ��nh “B�n ch�t c�a nhi�t hay ch�t nhi�t chính là chuy�n ��ng ch� không ph�i là cái gì khác” , nhưng ông chưa ch�
ra �ư�c nhi�t là chuy�n ��ng c�a cái gì và nó �ư�c chuy�n ��ng t�o ra như th� nào Sau Bacon là th�i k� thuy�t ch�t l�ng nhi�t doLavoisier (1743 1794) �� xu�t Trong cu�n sách n�i ti�ng “Cơ s�Hóa h�c Element of Chemistry”, ông �ã mô t� “Caloric” như là nguyên t� nhi�t, s�n có trong các ngu�n nhi�t, như m�t tr�i và l�a Chúng có kích thư�c, nhưng không có kh�i lư�ng và chính chúng t�o thành ch�t l�ng nhi�t V�t nóng hay l�nh là do v�t �ó ch�anhi�u hay ít Caloric V�t giãn n� nhi�t là do Caloric t� ngu�n nhi�tlen vào chi�m ch� trong lòng ch�t b� ��t nóng, làm cho th� tích v�tt�ng nhưng kh�i lư�ng l�i không ��i
M�t trong nh�ng b� t�c c�a h�c thuy�t ch�t l�ng nhi�t là không gi�i thích n�i hi�n tư�ng nhi�t sinh ra do ma sát Thí nghi�m th�nh�t c�a Count Rumford th�c hi�n n�m 1798, �un sôi 26,5 pound nư�c ch� b�ng m�t chi�c khoan tay sau 2,5 gi� quay nhanh, liên t�c Thí nghi�m th� hai, �ư�c Humphrey Davy th�c hi�n sau �óm�t n�m, khi ông m�i 19 tu�i, làm tan ch�y 2 c�c nư�c �á ch�b�ng cách c� sát m�nh chúng vào nhau Trong c� 2 trư�ng h�ptrên ��u không có m�t các ngu�n c�p Caloric (l�a hay m�t tr�i) mà ch� có khoan tay hay nư�c �á, ��u là các v�t hoàn toàn không ph�i
là ngu�n nhi�t
Ch� ��n khi Joule (1819 1989) phát minh ra quy t�c bi�n ��itương �ương Cơ Nhi�t thì b�n ch�t c�a nhi�t m�i �ư�c xem là th�t s� sáng t� Trong lo�t thí nghi�m n�i ti�ng c�a mình (hình 1.3), Joule �ã kh�o sát s� chuy�n ��i công cơ h�c (chuy�n ��ng c�a ��i tr�ng m làm quay cánh khu�y) sang nhi�t (làm nóng ch�tl�ng trong bình) Các tính toán cơ h�c �ơn gi�n cho phép xác ��nh
�ư�c h� th�c chuy�n ��i gi�a nhi�t lư�ng (cal) và công (J), g�i là
�ương lư�ng nhi�t công Như v�y, nhi�t là tr�ng thái chuy�n ��ng
Nguyên v�n ti�ng Anh: “…the very essence of heat, or the substatial self of heat is motion and nothing else” Novum organum, Second book.
Trang 19c�a v�t ch�t ch� hoàn toàn không ph�i là chính v�t ch�t hay m�td�ng ��c bi�t c�a v�t ch�t
Ngày nay, chúng ta ��u bi�t r�ng nhi�t lư�ng là n�ng lư�ng chuy�n gi�a h� và môi trư�ng do có s� chênh l�ch nhi�t �� Nhi�tlư�ng, c�ng như công, khác v�i nhi�t �� (T), áp su�t (p) và th� tích (V), chúng không ph�i là các thông s� tr�ng thái c�a h� Chúng không �ư�c tích tr� trong h� mà ch� xu�t hi�n và có ý ngh�a khi
mô t� s� trao ��i thêm b�t vào n�i n�ng c�a h� C�ng không th�chia tách n�ng lư�ng c�a h� thành nh�ng ph�n �ng v�i công và nh�ng ph�n �ng v�i nhi�t, t�c là không th� nói h� có bao nhiêu nhi�t lư�ng hay bao nhiêu công
Hình 1.3: Mô t1 thí nghi m cZa Joule, xác ;nh ng l ?ng nhi t công
V� m�t ��nh lư�ng, ban ��u, nhi�t lư�ng �ư�c �ánh giá qua kh�n�ng làm thay ��i nhi�t �� c�a nư�c Calo (vi�t t�t là cal, ch� cvi�t thư�ng) là lư�ng nhi�t c�n thi�t �� t�ng nhi�t �� c�a 1g nư�ct� 14,5oC lên 15,5oC, còn �ơn v� nhi�t lư�ng Anh BTU hay Btu
Trang 20(British Thermal Units), �ư�c ��nh ngh�a là lư�ng nhi�t c�n ��t�ng 1Lb nư�c t� 63oF lên 64oF N�m 1948, sau khi b�n ch�tnhi�t lư�ng �ã �ư�c sáng t�, nhi�t lư�ng c�ng như công là nh�ng d�ng n�ng lư�ng trao ��i, ngư�i ta �ã th�ng nh�t ch�n �ơn v� �onhi�t lư�ng c�ng như công là J, cùng �ơn v� v�i n�ng lư�ng M�c
dù �ã th�ng nh�t như v�y, J �ã �ư�c dùng ngày càng r�ng rãi trong các l�nh v�c khoa h�c, công ngh�, nhưng m�t s� �ơn v� nhi�tlư�ng c� v�n còn �ư�c dùng trong m�t s� l�nh v�c, ch�ng h�n calo trong hóa h�c, BTU trong công ngh�, k� thu�t l�nh ��c bi�t, �ơnv� Cal (ch� C vi�t hoa) trong dinh dư�ng và th�c ph�m có giá tr�b�ng 1.000 cal (ch� c vi�t thư�ng)
B1ng 1.2: ChuyCn Ri n v; o nhi t l ?ng gi\a J, cal , Cal và BTU
1J 1 9,481.10 -4 BTU 0,238cal 239.10 -6 Cal
1cal 4,186J 3,96.10-3BTU 1 0,001Cal 1Cal 4.186J 3,96 BTU 1.000cal 1
I.2.4.Nhi t và thang o nhi t :
Khái ni�m nhi�t �� g�n li�n v�i các d�ng thang �o nhi�t �� L�ch s� hình thành các thang �o nhi�t �� khá phong phú và thú v� �i�mchung c�a các thang �o nhi�t là ph�i “ch�t” �ư�c 1 ho�c 2 �i�mm�c có nhi�t �� xác ��nh, còn các kho�ng chia là ��u nhau (chia tuy�n tính), nhưng không gi�ng nhau ��i v�i các thang �o khác nhau
Thang �o nhi�t xa xưa nh�t �ư�c nói ��n trong các sách c� là thang chia nhi�t �� sinh lý, xu�t phát t� nhu c�u cu�c s�ng, d�atrên tr�ng thái s�c kho� c�a chính con ngư�i Hình 1.4 mô t� l�ithang chia nhi�t �� c� xưa và r�t ��nh tính này
Nhi�t �� c�a ngư�i có s�c kho� bình thư�ng (normal, luke warm) �ư�c xem là g�c L�nh (cold) và r�t l�nh (ice cold) th�hi�n s� thay ��i nhi�t �� theo m�t chi�u, còn �m (warm), nóng
Lb: ��n v� �o lư�ng kh�i lư�ng Anh M�(pound), vi�t t�t theo ch� g�c Latinh là Libra Chuy�n sang h� SI: 1Lb = 453,5923g
Trang 21(hot) và r�t nóng (red hot) là thay ��i nhi�t �� theo chi�u ngư�cl�i L�ch kh�i g�c theo chi�u nào c�ng ��u ph�n ánh tr�ng thái x�uc�a s�c kho� (pain) Toàn b� thang nhi�t g�m 2 vùng, v�i 6 �i�mchia r�t ��nh tính
Normal Pain
Pain
ice cold cold luke warm warm hot red hot
Hình 1.4: Thang chia nhi t cR.
Các thang �o nhi�t �� ti�n b� hơn �ư�c �� xu�t t� gi�a th� k�
17 N�m 1664, Hooke công b� thang �o nhi�t �� v�i �i�m g�c là
�i�m �óng b�ng c�a nư�c, nhưng m�t n�m sau, n�m 1665,Huygens l�i �� xu�t ch�n �i�m sôi c�a nư�c làm g�c
Th� k� 18 ti�p t�c ghi nh�n s� ra ��i c�a r�t nhi�u thang chia
�� và nhi�t k� tương �ng N�m 1701, Newton �� ngh� thang �onhi�t v�i 2 �i�m “ch�t” là nhi�t �� �óng b�ng c�a nư�c (0o) vànhi�t �� cơ th� ngư�i (12o) Vì nhi�t �� �óng b�ng c�a nư�cthư�ng thay ��i do hi�n tư�ng quá l�nh (supercooling), nên n�m
1714, Fahrenheit �� xu�t g�c 0o là nhi�t �� k�t tinh c�a mu�i vô
cơ, c� th� là mu�i NH4Cl, còn nhi�t �� cơ th� ngư�i �ư�c quy ��nh
là 96o V� sau, 2 m�c này �ư�c ��i b�ng 2 m�c m�i: nư�c �óngb�ng � 32o, nư�c sôi � 212ovà ký hi�u nhi�t �� là oF, theo ch� cái
��u c�a tên nhà phát minh Thang �o Fahrenheit hi�n v�n �ư�cdùng th�nh hành � các nư�c nói ti�ng Anh, �� �o nhi�t �� nư�c, khí h�u hay cơ th�, là nh�ng phép �o r�t thông d�ng trong ��i
Trang 22s�ng hàng ngày Ti�n l�i c�a thang �o này là không c�n ��n ph�nth�p phân khi �o nhi�t �� cơ th� hay thông báo th�i ti�t do �� chia khá nh� và h�u như không c�n ��n ph�n nhi�t �� âm khi mô t�th�i ti�t, vì nhi�t �� �óng b�ng c�a nư�c theo thang �o F là +32oF N�m 1740, Celsius �� xu�t thang �o m�i v�i 100o là nhi�t ��tan c�a nư�c �á và 0o là nhi�t �� sôi c�a nư�c V� sau, cách chia
“bách phân” này �ư�c ��i ngư�c l�i, nư�c �óng b�ng � 0ovà sôi �
100o Ngày nay, �a ph�n các nhi�t k� thông d�ng d�ng ch�tl�ng th�y tinh ��u chia �� theo thang bách phân
M�c dù thang �o nhi�t �� bách phân, v�i ký hi�uoC, và thang
�o Fahrenheit, ký hi�u oF, �ã �ư�c ch�p nh�n và áp d�ng r�ng rãi, ��c bi�t trong sinh ho�t, nhưng v�n còn nhi�u �i�u b�t c�p, nh�t là ��i v�i khoa h�c �ó là v�n �� ngo�i suy thang �o cho các ph�n nhi�t �� th�p và nhi�t �� cao, hi�n tư�ng phi tuy�n cho các vùng nhi�t �� này, v�n �� l�a ch�n v�t li�u v�i ��c trưng giãn n�nhi�t thích h�p �� ch� t�o nhi�t k� Hơn n�a, m�c dù v� s� h�c,
30 là g�p �ôi 15, nhưng chúng ta không th� nói ngày có nhi�t �� không khí b�ng 30oC nóng g�p �ôi ngày có nhi�t �� không khí b�ng 15oC
Các v�n �� nêu trên �ư�c gi�i quy�t g�n như tr�n v�n trong thang �o nhi�t do Thomson �� xu�t vào n�m 1854, d�a trên lý thuy�t nhi�t ��ng h�c ch�t khí Thang �o m�i này mang tên Kelvin , v�i ký hi�u nhi�t �� là ch� cái ��u c�a tên ngư�i phát minh, không có ký hi�u “��” mà ch� là K
Thang �o nhi�t �� Kelvin có m�t �i�m “ch�t” r�t ��c bi�t, �ó là 0K T�i nhi�t �� này, m�i phân t�, nguyên t� v�t ch�t hoàn toàn b�
“�óng b�ng”, tuy�t ��i không chuy�n ��ng (xem m�c I.3.4) Chính
vì v�y, thang �o này còn có tên là thang �o nhi�t �� tuy�t ��i và
�i�m g�c ��c bi�t này �ư�c g�i là “nhi�t �� không tuy�t ��i” �� l�n c�a �� chia trong thang K �ư�c ��nh ngh�a b�ng 1/273,16 giá tr� nhi�t �� c�a �i�m ba (triple point) c�a nư�c
Nhà v�t lý h�c Anh n�i ti�ng William Thomson �ư�c phong bá tư�c n�m 1892 Ông �ã ch�n tên con sông Kelvin c�a quê hư�ng ông làm tên tư�c cho mình: Bá tư�c Kelvin (Lord Kelvin)
Trang 23B1ng 1.3: ChuyCn Ri n v; o nhi t gi\a 3 thang Farenheit (T F ),
��i trong ph�m vi r�t r�ng nhưng �� ��m b�o t�n t�i s� s�ng, nhi�t
�� trái ��t hay nhi�t �� cơ th� ngư�i ch� �ư�c phép thay ��i trong m�t ph�m vi r�t h�p
Nhi�t �� là m�t ��i lư�ng cơ b�n nên thang �o, �ơn v� �o c�ng như chu�n nhi�t �� ph�i �ư�c quy ��nh th�ng nh�t và ��t �� chính xác cao trong m�i h� �ơn v� �o lư�ng Khi thi�t l�p thang �o nhi�t
�� qu�c t�, ngư�i ta ��c bi�t lưu ý t�i tính ti�n d�ng trong s� d�ng th�c t� Do v�y, thay vì �i�m ch�t duy nh�t là �i�m ba c�a nư�c, ngư�i ta th�ng nh�t quy ��nh m�t danh sách các �i�m ch�t, tr�ir�ng theo toàn thang nhi�t ��
Thang �o nhi�t �� qu�c t� IPTS 68 (International Practice Temperature Scale 1968) �ã ch�n 11 �i�m ch�t Trên b�ng 1.4 là các thông s� chính c�a thang �o nhi�t �� qu�c t� IPTS 68
Trang 24B1ng 1.4: Chuen nhi t theo IPTS 68
iCm ba cZa Hydro
iCm sôi cZa Hydro ' 33,33 kPa
iCm sôi cZa Hydro ' 101.325 Pa
iCm sôi cZa Neon
iCm ba cZa Oxy
iCm sôi cZa Oxy
iCm ba cZa n 7c
iCm sôi cZa n 7c
iCm k t tinh cZa Kim ' 101.325 Pa
iCm k t tinh cZa B c ' 101.325 Pa
iCm k t tinh cZa Vàng ' 101.325 Pa
259,34 256,108 252,87 246,048 218,789 182,962 0,01
100 419,58 961,93 1064,43 B1ng 1.5: Chuen nhi t theo ITS’90
iCm sôi cZa Heli
iCm ba cZa Hydro
iCm sôi cZa Hydro ' 33,33 kPa
iCm sôi cZa Hydro ' 101.325 Pa
iCm ba cZa Neon
iCm ba cZa Oxy
iCm ba cZa Argon
iCm ba cZa ThZy ngân
iCm ba cZa N 7c
iCm k t tinh cZa Gali
iCm k t tinh cZa Indi ' 101.325 Pa
iCm k t tinh cZa Thi c ' 101.325 Pa
iCm k t tinh cZa Kim ' 101.325 Pa
iCm k t tinh cZa Nhôm ' 101.325 Pa
iCm k t tinh cZa B c ' 101.325 Pa
iCm k t tinh cZa Vàng ' 101.325 Pa
iCm k t tinh cZa Sng ' 101.325 Pa
270,15 259,3467 256,15 252,85 248,5939 218,7916 189,3442 38,8344 0,01 29,7646 156,5985 231,928 419,527 660,323 961,78 1064,18 1084,62
Theo Burns G.W et al.:“ Temperature-Electromotive Force Reference
Functions and Tables for the Letter-Designated Thermocouple Types
Based on the ITS-90”
Trang 25Sau hơn 20 n�m t�n t�i, n�m 1989, ngư�i ta �ã ��t v�n �� ph�is�a ��i b� sung b� tiêu chu�n IPTS 68 vì nó b�t ��u b�c l� m�t s�b�t c�p trong �ng d�ng, m�t ph�n khác là vì nh�ng ti�n b� khoah�c cho phép con ngư�i ��t �ư�c nh�ng �� chính xác cao hơntrong xác ��nh các �i�m nhi�t �� chu�n Vì v�y, k� t� ngày 1/1/1990, IPTS 68 �ã �ư�c thay th� b�ng ITS’90 (International Temperature Scale 1990) v�i m�t s� hi�u chính nh� làm t�ng ��chính xác các �i�m ch�t nhi�t và thêm b�t m�t s� �i�m ch�t nhi�t Các thông s� k� thu�t c�a ITS’ 90 �ư�c nêu trên b�ng 1.5.
I.3 Các =nh lu>t c b9n c:a nhi$t &ng h*c
K�t qu� tr�i nghi�m và quan sát lâu dài c�a con ngư�i trư�c các hi�n tư�ng và quá trình c�a t� nhiên �ư�c �úc k�t dư�i d�ng các quy lu�t, trong �ó có các quy lu�t mang tính t�ng quát cao, g�i là các ��nh lu�t cơ b�n c�a nhi�t ��ng h�c Các ��nh lu�t này �ư�cxem là các tiên ��, không th� tìm ra hay ch�ng minh b�ng lý thuy�t Tính �úng ��n c�a chúng �ư�c xác nh�n t� th�c ti�n, thông qua các h� qu� suy ra t� các ��nh lu�t này Dù v�y, nói m�t cách ch�t ch�, các ��nh lu�t này ch� mô t� xu hư�ng c�a h� v� mô Trong nhi�u trư�ng h�p, ��c bi�t khi qua ngư�ng lư�ng t�, các
��nh lu�t này có th� b� phá v�
Nhi�t ��ng h�c có 4 ��nh lu�t cơ b�n, theo th� t� là ��nh lu�t s�không và các ��nh lu�t I, II và III ��nh lu�t I và II thư�ng �ư�cxem là t�ng quát, ph� d�ng và quan tr�ng nh�t, còn ��nh lu�t III, th�c ch�t là ��nh lý nhi�t c�a Nernst, có ph�m vi �ng d�ng h�phơn, ch� y�u cho nhi�t hóa h�c Riêng ��nh lu�t s� không, liên quan t�i cân b�ng nhi�t, �ư�c xem là ch� có ý ngh�a hình th�c và ít khi �ư�c nói ��n
��nh lu�t I nhi�t ��ng h�c có vai trò ��c bi�t quan tr�ng ��i v�iphân tích nhi�t Nguyên lý c�a nhi�u k� thu�t phân tích nhi�t cơb�n �ư�c xây d�ng d�a trên ��nh lu�t này Các n�i dung c�a phân tích nhi�t có liên quan gián ti�p t�i ��nh lu�t II, trong khi t�t c� các k� thu�t phân tích nhi�t ��u liên quan t�i các phép �o nhi�t ��, mà
��nh lu�t s� không là cơ s� cho các phép �o này Vì v�y, thay vì
��nh lu�t s� không thư�ng �ư�c nh�c ��n cu�i cùng như m�t n�idung b� sung, th�m chí không �ư�c nh�c ��n trong các giáo trình
Trang 26cơ b�n v� nhi�t ��ng h�c, thì trong chuyên kh�o này, nó l�i là n�idung m� ��u trong ph�n nói v� các ��nh lu�t nhi�t ��ng h�c
I.3.1 -.nh lu/t s không c0a nhi t ng h c
��nh lu�t v� cân b�ng nhi�t �ư�c Ralph H.Fowler, nhà v�t lý và thiên v�n h�c Anh phát bi�u n�m 1931 N�i dung c�a ��nh lu�t này là: N�u v�t A cân b�ng nhi�t v�i v�t B, v�t B cân b�ng nhi�t v�iv�t C, thì v�t A c�ng cân b�ng nhi�t v�i v�t C
Khái ni�m quan tr�ng nh�t ��i v�i ��nh lu�t s� không c�a nhi�t
��ng h�c là cân b�ng nhi�t ��ng Hai v�t �ư�c g�i là cân b�ng nhi�t ��ng v�i nhau, t�c là n�u cho chúng ti�p xúc nhau thì tr�ngthái c�a m�i h� v�n như trư�c khi cho chúng ti�p xúc nhau Cân b�ng nhi�t ��ng nói chung bao g�m c� cân b�ng nhi�t, cân b�ng cơ
và cân b�ng hóa h�c Như v�y, cân b�ng nhi�t là trư�ng h�p riêng c�a cân b�ng nhi�t ��ng
Chính là trên cơ s� ��nh lu�t s� không mà khi �o nhi�t, chúng ta
có th� dùng nhi�t k�, �óng vai trò v�t “b�c c�u” B trong phát bi�u
��nh lu�t s� không, �� xác ��nh nhi�t �� c�a v�t A theo nhi�t ��c�a v�t chu�n C, ch� không nh�t thi�t ph�i xác l�p s� cân b�ng nhi�t tr�c ti�p gi�a v�t c�n �o A và v�t chu�n C
Như v�y, có th� nói ��nh lu�t s� không c�a nhi�t ��ng h�cchính là “cơ s� pháp lý” c�a phép �o nhi�t ��, là phép �o quan tr�ng nh�t ��i v�i m�i k� thu�t c�a phân tích nhi�t
M�t cách tri�t lý, ��nh lu�t s� không c�a nhi�t ��ng h�c có th�
�ư�c xem như m�t cách ��nh ngh�a nhi�t ��: Khi các h� cân b�ng nhi�t v�i nhau, có m�t thông s� mà giá tr� c�a nó là như nhau v�im�i h�, g�i là nhi�t ��, ký hi�u T
��nh lu�t v� cân b�ng nhi�t ra ��i mu�n, khi các ��nh lu�t I, II
và III �ã có s� th� t� h�p lý, nhưng xét v� ý ngh�a, nó liên quan t�ikhái ni�m nhi�t ��, là khái ni�m mang tính kh�i th�y, then ch�t, c�n ph�i �ư�c ��nh ngh�a trư�c tiên, nên nó ph�i �ư�c �ánh s� “ưutiên” �� không ph�i ��i s� th� t� c�a c� 3 ��nh lu�t �ã ra ��itrư�c, ngư�i ta g�i ��nh lu�t ra ��i sau cùng này là ��nh lu�t s�không (Zero Law) C�ng có ý ki�n cho r�ng ��nh lu�t v� cân b�ng nhi�t �ư�c xem là ��nh lu�t s� không vì nó ch� có ý ngh�a hình th�c và h�u như không có m�t trong b�t k� phương trình bi�n ��inhi�t ��ng nào
Trang 27I.3.2 -.nh lu/t I nhi t ng h c
Khi nói v� các thông s� nhi�t ��ng h�c trong ph�n trên (B�ng 1.1), chúng ta �ã bi�t r�ng giá tr� công và nhi�t không nh�ng ph� thu�ctr�ng thái ��u và cu�i quá trình mà còn ph� thu�c di�n ti�n c�a quá trình Các quan sát th�c ti�n d�n ��n m�t nh�n xét có tính quy lu�t,
�ó là: T�ng nhi�t lư�ng và công (Q+A) có giá tr� như nhau v�i m�iquá trình, ch� ph� thu�c tr�ng thái ��u và cu�i, ch� không ph�thu�c vào di�n ti�n quá trình M�i t� h�p khác c�a 2 ��i lư�ngnày, ch�ng h�n Q, A, Q A, Q+2A, … ��u không có tính ch�t trên,
��u ph� thu�c di�n ti�n c�a quá trình
N�u xem ��i lư�ng Q+A liên quan t�i s� thay ��i c�a m�t tính ch�t, m�t thông s� n�i t�i nào �ó c�a h�, ký hi�u là U, g�i là n�in�ng c�a h�, ta s� có:
A Q
H� th�c (1.3) chính là bi�u th�c toán h�c c�a ��nh lu�t I N�uh� ch� ch�u các bi�n ��i vi phân, thì h� th�c (1.3) có th� �ư�c vi�tl�i thành:
A Q U
Lưu ý r�ng, trong các bi�u th�c trên, ngư�i ta quy ��nh tính nhi�t lư�ng là dương (+) khi n�ng lư�ng chuy�n t� môi trư�ng sang h� (h� nh�n nhi�t) và tính d�u âm ( ) khi n�ng lư�ng �ư�cchuy�n theo chi�u ngư�c l�i (h� to� nhi�t), tương t� công tính là dương khi h� th�c hi�n công và tính là âm khi công �ư�c th�c hi�ntrên h�
Như v�y, bi�n ��i n�i n�ng c�a h� chính b�ng t�ng lư�ng nhi�th� nh�n �ư�c và công h� th�c hi�n �� ch�ng l�i ngo�i l�c �ây chính là phát bi�u c�a ��nh lu�t I, hay nói ch�t ch� hơn là ��nh lu�t
I phát bi�u cho các quá trình m�
H� qu� r�t quan tr�ng ��i v�i phân tích nhi�t có th� rút ra t�
��nh lu�t I là: n�ng lư�ng ch� có th� truy�n ch� không sinh ra hay m�t �i Nh�n xét này là cơ s� c�a h�u h�t các k� thu�t trong phân tích nhi�t, trong �ó quan tr�ng nh�t là k� thu�t phân tích nhi�tlư�ng (Calorimetry) và phân tích nhi�t lư�ng vi sai quét (DSC)
Trang 28Ngoài n�i n�ng như �ã nêu trên, ��nh lu�t I và các h� qu� c�a
nó còn d�n ��n m�t s� thông s� nhi�t ��ng h�c khác, trong �óenthalpy là m�t thông s� r�t quan tr�ng
N�u h� không th�c hi�n m�t công nào khác ngoài công gây nên thay ��i th� tích (pdV) thì có th� vi�t l�i h� th�c mô t� ��nh lu�t Inhư sau:
dQ = dU + pdV (1.5) Xét 2 trư�ng h�p hay g�p:
1 Trư�ng h�p th� tích không ��i (��ng tích), V=const:
dV = 0 (1.6) Khi �ó:
dQv= dU hay Qv= U (1.7)
2 Trư�ng h�p áp su�t không ��i (��ng áp), p=const:
dQp= d(U + pV) (1.8) Ngư�i ta g�i ��i lư�ng U + pV là enthalpy, ký hi�u là H:
dQp= d(U + pV) = dH hay Qp= H (1.9) Như v�y, nhi�t lư�ng hay còn g�i là hi�u �ng nhi�t c�a m�tquá trình ��ng tích chính b�ng �� bi�n thiên n�i n�ng c�a h�, còn
��i v�i quá trình ��ng áp thì nhi�t b�ng �� bi�n thiên enthalpy
Vì enthalpy ph� thu�c n�i n�ng, nên v� nguyên t�c, c�ng tương t� như n�i n�ng, chúng ta ch� có th� xác ��nh �ư�c m�c �� thay
��i c�a nó ( H), ch� không xác ��nh giá tr� tuy�t ��i (H) Giá tr�enthalpy cho trong các s� tay hóa lý th�c ra ph�i hi�u là hi�uenthalpy �ng v�i 2 �i�u ki�n nhi�t ��ng khác nhau ( H1-2 = H2
Nhi�t và hi�u �ng nhi�t c�a các quá trình b�t thu�n ngh�ch
�ư�c xem là như nhau
Trang 29H1) Áp su�t 1bar và nhi�t �� 298K thư�ng �ư�c xem là �i�u ki�nchu�n �� tính enthalpy
Các �ng d�ng c�a ��nh lu�t I ��c bi�t có ý ngh�a quan tr�ng ��iv�i l�nh v�c nhi�t ��ng h�c hóa h�c (Chemical Thermodynamics) hay �ôi khi còn g�i �ơn gi�n là nhi�t hóa h�c (Thermochemistry)
��nh lu�t Hess, m�t ��nh lu�t cơ b�n c�a nhi�t hóa h�c, có th�
�ư�c xem như m�t h� qu� c�a ��nh lu�t I nhi�t ��ng h�c, m�c dùtrên th�c t�, ��nh lu�t Hess �ã �ư�c phát minh ra trư�c ��nh lu�t I N�i dung c�a ��nh lu�t Hess là: Hi�u �ng nhi�t c�a ph�n �ng hóa h�c ch� ph� thu�c vào tr�ng thái c�a nh�ng ch�t trư�c và sau ph�n
�ng, hoàn toàn không ph� thu�c vào cách ti�n hành ph�n �ng
Ý ngh�a quan tr�ng c�a ��nh lu�t Hess chính là kh� n�ng xác
��nh nhi�t ph�n �ng ch� thu�n tuý thông qua tính toán d�a trên các d� li�u nhi�t �ã bi�t Nhưng trư�c nh�t, c�n ghi nh� r�ng trong nhi�t hóa h�c hi�u �ng nhi�t (ký hi�u q, ch� thư�ng) �ư�c quy ư�cl�y d�u dương (+) khi nhi�t truy�n t� v�t sang môi trư�ng (ph�n
�ng to� nhi�t – exothermic) và l�y d�u âm (–) khi v�t nh�n nhi�t t�môi trư�ng (ph�n �ng thu nhi�t – endothermic), t�c là ngư�c h�nv�i cách quy ��nh d�u trong nhi�t ��ng h�c nói � ph�n trên (Bi�uth�c 1.4), t�c là:
Qv= U = qv; Qp= H = qp (1.10) Nguyên t�c chung c�a vi�c tính hi�u �ng nhi�t theo ��nh lu�tHess là: V�i ch�t ��u và ch�t cu�i cho trư�c, sơ �� ph�n �ng �ư�cxây d�ng sao cho hi�u �ng nhi�t (dư�i d�ng nhi�t sinh hay nhi�tcháy) c�a t�t c� các ch�t trong sơ �� là �ã bi�t (có th� tra trong s�tay hóa lý)
Trư�ng h�p �ơn gi�n nh�t là d� li�u hi�u �ng nhi�t c�a các ch�t
��u và cu�i ��u �ã bi�t, như trong ví d� sau:
HCl + NH3 NH4Cl Hi�u �ng nhi�t c�a các thành ph�n tương �ng là:
Trang 30Áp d�ng ��nh lu�t Hess:
Hpư = 314,4 ( 92,30 80,29) = 141,8 kJ/mol
Hpư <0, t�c là q>0, ph�n �ng là to� nhi�t
Trong nhi�u trư�ng h�p, sơ �� ph�n �ng �ư�c xây d�ng “vòng vèo”, qua nhi�u bư�c trung gian, mi�n sao ��n �ư�c s�n ph�mcu�i cùng mà hi�u �ng nhi�t c�a các ch�t trung gian ho�c là �ãbi�t, ho�c là s� b� tri�t tiêu trong quá trình tính toán Khi �ó, chúng
ta có th� xem các phương trình hóa h�c thu�n tuý như là các phương trình ��i s�, như v�i ví d� �ơn gi�n dư�i �ây:
Sơ �� ph�n �ng �ư�c tách thành 2 ph�n �ng v�i hi�u �ng nhi�t
�ã bi�t như sau:
Hpư >0, t�c là q<0, ph�n �ng là thu nhi�t
M�t ��i lư�ng nhi�t khác, liên quan ch�t ch� v�i ��nh lu�t I, �ó
là nhi�t dung Nhi�t dung �ư�c ��nh ngh�a là lư�ng nhi�t h� trao
��i (thu vào hay gi�i phóng ra) làm cho nhi�t �� c�a h� thay ��i 1
�� (oC, K) Chính xác hơn, nhi�t dung, ký hi�u C, �ơn v� �o J.K-1hay J.oC-1, chính là t� s� gi�a nhi�t lư�ng cung c�p cho h� và s�bi�n ��i tương �ng nhi�t �� c�a h�:
T d
Q
Nhi�t dung �ư�c xác ��nh v�i �i�u ki�n trong h� không x�y ra ph�n �ng hóa h�c hay chuy�n pha C�ng như nhi�t lư�ng Q, c�nph�i phân bi�t nhi�t dung ��ng áp, ký hi�u Cp, và nhi�t dung ��ng
Trang 31tích, ký hi�u là Cv S� khác nhau gi�a Cpvà Cvlà l�n v�i ch�t khí, nhưng có th� b� qua v�i ch�t l�ng và ch�t r�n, là các ��i tư�ng chính c�a phân tích nhi�t
Nhi�t dung tính cho m�t �ơn v� kh�i lư�ng g�i là nhi�t dung riêng,
�ơn v� �o là J.g-1.K-1 Nhi�t dung tính cho m�t mol ch�t g�i là nhi�tdung mol (phân t� ho�c nguyên t�), �ơn v� �o là J.mol-1.K-1
Nhi�t dung theo ngh�a Hán Vi�t (kh� n�ng ch�a nhi�t) c�ngnhư trong ti�ng Anh (heat capacity), ��u d� �ư�c hi�u là kh� n�ngtr� nhi�t c�a h� �i�u này chưa th�t ch�t ch� vì v� nguyên t�c, m�ih� ��u có kh� n�ng nh�n nhi�t không gi�i h�n n�u nhi�t �� c�a h�v�n th�p hơn so v�i ngu�n c�p nhi�t
I.3.3 -.nh lu/t II nhi t ng h c
T�t c� các quá trình x�y ra trong t� nhiên ��u ph�i tuân theo ��nh lu�t
I Như v�y, n�u quá trình x�y ra thì nó ph�i tuân theo ��nh lu�t I, nhưng v�n �� là li�u quá trình có nh�t thi�t x�y ra không Ch�ng h�n,
�� t� nhiên thì ��i dương mênh mông, ch�a m�t lư�ng nhi�t kh�ng l�, l�i không th� nào làm chín �ư�c m�t qu� tr�ng chìm trong lòng
nó Lý do �ơn gi�n là vì nhi�t r�t nhi�u nhưng không th� t� truy�n t�ph�n l�nh sang ph�n nóng, do v�y nư�c bi�n không bao gi� có th� t�
��t �ư�c nhi�t �� c�n thi�t làm cho tr�ng chín
Xét m�t ví d� �ơn gi�n khác N�u ta dùng thìa khu�y th�t nhanh m�t c�c cà phê thì cà phê trong c�c s� xoáy tròn và ít nhi�u nóng lên do m�t ph�n công chuy�n thành nhi�t Nhưng ngư�c l�i, n�u ta c�p nhi�t cho cà phê nóng lên thì không vì nhi�t mà cà phê trong c�c �ang l�ng yên l�i có th� xoáy tròn, �ơn gi�n vì nhi�t ch� có th�bi�n m�t ph�n, thư�ng là r�t nh� ch� không ph�i t�t c�, thành công Các quan sát trên cho th�y bên c�nh quy lu�t chuy�n ��in�ng lư�ng (��nh lu�t I), còn có quy lu�t ràng bu�c chi�u di�n bi�ncác quá trình trong t� nhiên
C�ng như ��nh lu�t I, có r�t nhi�u cách phát bi�u ��nh lu�t II Cách phát bi�u sau �ây là c�a Clausius, liên quan t�i các hi�n
Các nhà hoá lý thư�ng nói m�t cách hài hư�c r�ng có bao nhiêu chuyên gia nhi�t ��ng h�c thì có b�y nhiêu cách phát bi�u
��nh lu�t II – “There is as many variations of the Second Law of Thermodynamics, as there are thermodynamicists”
Trang 32tư�ng nhi�t: Nhi�t không th� t� truy�n t� v�t l�nh sang v�t nóng, hay nói ch�t ch� hơn là không th� th�c hi�n �ư�c m�t quá trình mà k�t qu� duy nh�t là truy�n n�ng lư�ng dư�i d�ng nhi�t t� v�t l�nhhơn sang v�t nóng hơn Còn theo cách phát bi�u c�a Thomson, liên quan t�i chuy�n ��i cơ nhi�t, thì nhi�t không th� nào bi�n ��ihoàn toàn thành công
M�t cách phát bi�u khác, còn g�i là ��nh lu�t bi�n ��i entropy,
vì nó d�n ��n m�t thông s� nhi�t ��ng h�c m�i: entropy Khi xét m�t quá trình thu�n ngh�ch, ngư�i ta nh�n th�y ��i lư�ng
T
Q ch� ph� thu�c các tr�ng thái ��u và cu�i quá trình, hoàn toàn không ph� thu�c vào di�n ti�n quá trình Tương t� như l�plu�n d�n ��n khái ni�m n�i n�ng trong ��nh lu�t I, chúng ta c�ng
�ưa vào m�t thông s� m�i, g�i là entropy, ký hi�u S, �� mô t� ��c
�i�m trên c�a h�:
Như v�y, giá tr� S chính là m�t tiêu chí �� nh�n bi�t m�t quátrình có th� x�y ra hay không ��c bi�t ��i v�i các quá trình công ngh�, �i�u quan tr�ng ��u tiên c�n quan tâm là quá trình có x�y ra hay không, trư�c khi quan tâm xem quá trình s� x�y ra như th�nào Vì v�y, các tính toán v� entropy có vai trò r�t quan tr�ng trong công ngh� hóa h�c và công ngh� v�t li�u
��nh lu�t III nhi�t ��ng h�c
Khi nói v� entropy � ph�n trên, chúng ta bi�t r�ng giá tr� tuy�t
��i c�a entropy �ư�c xác ��nh sai khác m�t h�ng s� tích phân:
+
Trang 33Do v�y, như trong nhi�t ��ng h�c v�n thư�ng làm, ho�c là chúng ta ch� tính s� bi�n ��i entropy ( S) ch� không ph�i b�n thân giá tr� tuy�t ��i c�a nó (S), ho�c là chúng ta ph�i ��nh g�c tính, theo m�t quy ư�c nào �ó ��nh �� nhi�t Nerst chính là cách gi�iquy�t th� 2, theo �ó chúng ta công nh�n không ch�ng minh r�ng khi ti�n t�i nhi�t �� không tuy�t ��i (0K), entropy s� ti�n ��nkhông:
0
��nh �� nhi�t Nerst còn �ư�c g�i là ��nh lu�t III, v�i ph�m vi
�ng d�ng h�p hơn so v�i 2 ��nh lu�t I và II M�t h� qu� quan tr�ng, mang tính nguyên t�c c�a ��nh lu�t III, là chúng ta không bao gi� có th� ��t ��n 0K!
I.4 Tr6ng thái pha và chuyBn pha
I.4.1.Tr ng thái pha
Theo ngh�a chung nh�t, các tr�ng thái t�n t�i c�a v�t ch�t còn �ư�cg�i là các tr�ng thái pha V� m�t nhi�t ��ng h�c, pha là t�p h�p các ph�n ��ng nh�t v� thành ph�n và các tính ch�t nhi�t ��ng Các pha khác nhau �ư�c ng�n cách b�ng các biên gi�i pha Ba tr�ng thái t�n t�i ph� bi�n c�a v�t ch�t trong t� nhiên là là r�n, l�ng và khíchính là 3 tr�ng thái pha �i�n hình, còn g�i là các tr�ng thái t�ph�p hay các pha t�p h�p M�t ví d� r�t g�n g�i trong cu�c s�ng hàng ngày là 3 tr�ng thái c�a nư�c: nư�c �á (r�n), nư�c (l�ng) và hơi nư�c (khí)
S� khác bi�t gi�a 3 tr�ng thái nêu trên th� hi�n � nhi�u tính ch�tv�t lý, hóa h�c Có th� hi�u �ư�c ngu�n g�c c�a nh�ng s� khác nhau �y khi quan sát m�c �� tr�t t� trong cách s�p x�p các phân t�, nguyên t� c�a m�i tr�ng thái Trong tr�ng thái r�n, v�t ch�tthư�ng t�n t�i dư�i d�ng tinh th� C�u trúc c�a tr�ng thái tinh th�
là c�u trúc có tính tr�t t� cao nh�t S� s�p x�p các ph�n t� vi mô trong ch�t l�ng và ch�t khí hoàn toàn không có tr�t t� như ch�t r�n.Nói chung, m�t �� v�t ch�t trong tinh th� cao hơn nhi�u so v�i
Còn g�i là tr�ng thái k�t t�p (state of aggregation)
Trang 34tr�ng thái l�ng và tr�ng thái l�ng l�i cao hơn tr�ng thái khí S�khác nhau v� tr�t t� s�p x�p nêu trên d�n t�i s� khác nhau c�anhi�u tính ch�t hóa lý khác M�t trong nh�ng s� khác bi�t rõ r�tgi�a các tr�ng thái r�n, l�ng và khí chính là tính d� hư�ng c�a pha tinh th� và tính ��ng hư�ng c�a các pha khí và l�ng
Tu� thu�c �i�u ki�n nhi�t ��ng h�c, m�t ch�t có th� t�n t�i �pha này hay pha khác trong s� 3 pha k� trên Có m�t s� trư�ng h�p
��c bi�t thư�ng g�p trong th�c t�, như iôt (I) ch� t�n t�i � pha r�n
và hơi, không t�n t�i � pha l�ng, CaCO3ch� t�n t�i duy nh�t � phar�n V�i m�i ch�t, thư�ng ch� có 1 pha l�ng, 1 pha khí, tr� He, có
2 pha khí là He I và He II Riêng ��i v�i pha r�n, m�t ch�t có th�t�n t�i nhi�u pha
Hi�n tư�ng t�n t�i c�a m�t ch�t dư�i nhi�u pha r�n khác nhau g�i là thù hình (v�i �ơn ch�t) hay �a hình (v�i h�p ch�t) Các pha r�n khác nhau c�a m�t ch�t g�i là các bi�n th� thù hình
M�t ch�t có th� có nhi�u bi�n th� S� bi�n th� c�a m�t ch�t c�th� là xác ��nh Các bi�n th� khác nhau v� c�u trúc và do �ó s�khác nhau v� m�t s� tính ch�t v�t lý nào �ó Ví d� kinh �i�n v� các bi�n th� r�n là 2 pha r�n c�a carbon (C) Pha th� nh�t là than chì (graphit) v�i s� s�p x�p thành l�p c�a các t� di�n, m�i t� di�n
�ư�c t�o thành t� 4 nguyên t� carbon, m�i nguyên t� carbon liên k�t ch�t v�i 3 nguyên t� carbon cùng l�p và liên k�t y�u v�icarbon c�a các l�p lân c�n Pha th� hai là kim cương, trong pha này m�i nguyên t� carbon liên k�t ch�t v�i 4 nguyên t� carbon khác trong m�ng l�p phương S� khác nhau v� c�u trúc ch� không ph�i là thành ph�n hay tr�ng thái t�p h�p d�n t�i s� khác nhau, th�m chí r�t khác nhau gi�a than chì và kim cương Chúng ta bi�tr�ng kim cương r�t c�ng, óng ánh, r�t quí, ngư�c l�i, than chì m�m, �en và r�
Th�c ra, ngoài 3 tr�ng thái t�p h�p ph� bi�n là r�n, l�ng và khí, trong t� nhiên còn t�n t�i m�t s� tr�ng thái ít g�p và m�t s� tr�ngthái trung gian Trong s� �ó, pha tinh th� l�ng và pha r�n vô ��nhhình là nh�ng d�ng chúng ta thư�ng g�p trong nghiên c�u v�t li�u
G�n �ây, ngư�i ta �ã phát hi�n ra d�ng thù hình m�i c�a carbon, �ó
là C60
Trang 35Tinh th� l�ng t�n t�i dư�i d�ng l�ng, nhưng ch�t l�ng này l�i có nh�ng tính ch�t ��c trưng c�a tinh th�, c� th� là s� s�p x�p có tr�tt� c�a các phân t�, và do �ó th� hi�n tính d� hư�ng rõ r�t thay vì tính ��ng hư�ng c�a th� l�ng Chúng có r�t nhi�u �ng d�ng quan tr�ng, trong �ó ph�i k� ��n �ng d�ng làm các màn hi�n th� tinh th�l�ng cho máy tính, tivi, �i�n tho�i di ��ng
Ngư�c l�i, ch�t r�n vô ��nh hình t�n t�i � th� r�n, nhưng s�s�p x�p các ph�n t� vi mô l�i gi�ng như � th� l�ng, t�c là hoàn toàn không có tr�t t� ki�u tinh th� (tr�t t� xa) Kính c�a s� thông thư�ng là ví d� c�a ch�t r�n vô ��nh hình � nhi�t �� thư�ng, m�ts� polyme, ví d� như polystyrene, là v�t li�u vô ��nh hình ��iv�i nhi�u ch�t, khi t� th� l�ng chuy�n sang th� r�n b�ng cách làm ngu�i r�t nhanh s� có th� nh�n �ư�c d�ng pha r�n vô ��nh hình C�ng như tinh th� l�ng, v�t li�u vô ��nh hình th� hi�n nhi�u tính ch�t và kh� n�ng �ng d�ng r�t h�p d�n nên �ư�c các nhà khoa h�c và công ngh� ��c bi�t quan tâm t� nh�ng th�p niên cu�i c�ath� k� trư�c
I.4.2 Chuy4n pha
Tr� l�i v�i ví d� 2 bi�n th� thù hình c�a carbon là kim cương vàthan chì Xét theo quan �i�m nhi�t ��ng h�c, kim cương ch� t�n t�ib�n v�ng trong �i�u ki�n áp su�t r�t cao, trong khi than chì t�n t�ib�n v�ng � �i�u ki�n áp su�t khí quy�n Nhưng, như chúng ta th�ytrên th�c t�, kim cương v�n t�n t�i � áp su�t khí quy�n hàng tri�utri�u n�m nay, m�c dù �úng ra carbon ph�i chuy�n t� d�ng kim cương, không b�n v� nhi�t ��ng h�c, sang d�ng b�n hơn là than chì �úng là quá trình chuy�n tr�ng thái �ó v�n, �ã và �ang x�y ra hàng ngày, nhưng � nhi�t �� bình thư�ng quá trình di�n ra vô cùng ch�m �� kim cương tr� thành than chì c�n m�t kho�ng th�i gian
vô cùng dài N�u chúng ta ��t nóng kim cương lên nhi�t �� ��cao, quá trình s� di�n ra nhanh, kim cương s� thành than chì! Hi�n tư�ng kim cương chuy�n thành than chì nêu trên là trư�ngh�p riêng c�a m�t quá trình nhi�t ��ng h�c quan tr�ng, có m�ttrong h�u h�t các quá trình công ngh� v�t li�u, �ó là quá trình chuy�n pha Chuy�n pha là s� chuy�n h� t� pha này sang pha khác Ví d� quen thu�c nh�t v�i chúng ta trong cu�c s�ng hàng ngày là hi�n tư�ng chuy�n pha c�a nư�c, t� th� l�ng sang th� r�n
Trang 36khi ��t ca nư�c vào ng�n làm �á c�a t� l�nh và t� th� l�ng sang th�khí khi ánh n�ng chi�u xu�ng ��i dương ho�c khi ta �un nư�c Chúng ta thư�ng quan sát th�y quá trình chuy�n pha gi�a các pha t�p h�p x�y ra theo tr�t t� r�n l�ng khí, ho�c theo chi�unày, ho�c theo chi�u kia, tu� thu�c �i�u ki�n nhi�t ��, áp su�t,… Chuy�n pha r�n khí, như hi�n tư�ng th�ng hoa (sublimation) c�ab�ng phi�n, hay ngư�c l�i, chuy�n pha khí r�n, như hi�n tư�ngl�ng ��ng t� pha hơi (vapour deposition), v�n x�y ra nhưng chúng
ta ít quan sát th�y hơn
Ngoài các d�ng chuy�n pha t�p h�p quen thu�c nêu trên, còn có các d�ng chuy�n pha khác, như chuy�n pha thù hình gi�a các bi�nth� khác nhau, chuy�n pha gi�a s�t t� và thu�n t� t�i �i�m Curie, chuy�n pha siêu d�n t�i �i�m t�i h�n, chuy�n pha siêu l�ng c�aheli, …
Trong khoa h�c v�t li�u, d�ng chuy�n pha x�y ra gi�a 2 pha thù hình r�n, như chuy�n pha c�a kim cương và than chì nêu � ph�ntrên, là r�t ph� bi�n và quan tr�ng Các ví d� khác c�a chuy�n phathù hình là chuy�n pha gi�a 2 bi�n th� và c�a thi�c (Sn), gi�a
4 bi�n th� , , và c�a s�t (Fe) Phân tích nhi�t là công c� thích h�p �� nghiên c�u sâu nhi�t ��ng h�c các quá trình chuy�n phaquan tr�ng này
Dư�i góc �� nhi�t ��ng h�c, chuy�n pha �ư�c phân thành các lo�i hay các b�c khác nhau, theo nh�ng tiêu chí nh�t ��nh Có nhi�u cách phân lo�i khác nhau, ph� bi�n nh�t là cách phân lo�itheo tiêu chí Ehrenfest, d�a trên tính liên t�c c�a ��o hàm c�an�ng lư�ng t� do Gibb (G) theo m�t thông s� nhi�t ��ng h�c, thư�ng là nhi�t �� T N�u ��o hàm b�c 1 c�a n�ng lư�ng t� doGibb liên t�c, chuy�n pha là b�c/lo�i 1; N�u ��o hàm b�c 2 liên t�c, còn b�c 1 không liên t�c: chuy�n pha là b�c/lo�i 2 M�t cách t�ng quát, n�u ��o hàm b�c n theo nhi�t �� c�a n�ng lư�ng t� do( nG/ Tn) liên t�c và các ��o hàm b�c th�p hơn là không liên t�cthì chuy�n pha là b�c n Theo cách phân lo�i này, v� nguyên t�c s�
có th� có chuy�n pha v�i các b�c cao hơn b�c 2 M�c dù ngư�i ta
�ã ch� ra m�t s� b�t c�p c�a tiêu chu�n phân lo�i Ehrenfest, nhưng
nó v�n là tiêu chu�n ph� d�ng và �ư�c trình bày trong h�u h�t các giáo trình nhi�t ��ng h�c và v�t li�u h�c ��i cương
Trang 37G�n �ây, nh�t là trong l�nh v�c phân tích nhi�t, ngư�i ta có xu
hư�ng phân lo�i chuy�n pha theo tiêu chí m�i, theo �ó ch� có 2
d�ng chuy�n pha Chuy�n pha b�c 1 là chuy�n pha x�y ra có kèm
nhi�t chuy�n pha, hay còn g�i là �n nhi�t (latent heat), ví d� như
các chuy�n pha t�p h�p, chuy�n pha khí Bose Einstein
(Bose Einstein condensation) Chuy�n pha b�c 2, hay g�i là
chuy�n pha liên t�c (continuous phase transition), x�y ra không
kèm nhi�t chuy�n pha, như chuy�n pha s�t t�, chuy�n pha siêu
ch�y c�a heli
Chuy�n pha c�a v�t r�n vô ��nh hình có nh�ng ��c �i�m riêng
Thông thư�ng, v�t r�n vô ��nh hình có th� t�n t�i dư�i 2 tr�ng thái
(pha): pha nhi�t �� cao là pha cao su (rubbery) và pha nhi�t ��
th�p là pha th�y tinh (glassy) Chuy�n pha gi�a 2 tr�ng thái này
g�i là chuy�n pha th�y tinh (glass transition) Nhi�t �� chuy�n pha
tương �ng g�i là nhi�t �� chuy�n pha th�y tinh, hay �ơn gi�n là
nhi�t chuy�n th�y tinh (Tg), là m�t ��c trưng r�t quan tr�ng ��i v�i
các v�t li�u polyme Giá tr� Tg �i�n hình c�a m�t s� v�t li�u
polyme thông d�ng �ư�c cho trên b�ng 1.6
B1ng 1.6: Giá tr; nhi t chuyCn thC thZy tinh cZa m t s: v/t li u polyme
Poly(vinyl acetate) (PVAc) 28
Polyethylene terephthalate (PET) 69
Poly(vinyl alcohol) (PVA) 85
Poly(vinyl chloride) (PVC) 81
Polypropylene (Isotactic) 100
Polystyrene 100 Poly(methylmethacrylate) (Atactic) 105
Khi làm l�nh polyme xu�ng dư�i Tg, nó tr� nên c�ng và giòn
như th�y tinh (th�y tinh hóa), không còn ��c tính m�m d�o ��c
trưng c�a cao su n�a Chính vì v�y, m�t s� polyme, như
polystyrene, polymethyl methacrylate, g�i là nh�a c�ng, có Tg
Trang 38tương ��i cao, thư�ng cao hơn nhi�t �� môi trư�ng �áng k�, khi s�d�ng v�t li�u t�n t�i trong tr�ng thái th�y tinh Ngư�c l�i, có m�ts� lo�i polyme khác, như polyisoprene và polyisobutylene, g�i là nh�a d�o, có Tgth�p, thư�ng là dư�i 0oC, khi dùng v�t li�u thư�ngt�n t�i � tr�ng thái cao su
I.4.3 Nhi t chuy4n pha
Hi�n tư�ng thu nhi�t khi nư�c bay hơi, hay ngư�c l�i, to� nhi�t khinư�c ngưng t�, là m�t ví d� v� nhi�t chuy�n pha Khác v�i s� trao
��i nhi�t qua nhi�t dung, to� nhi�t hay thu nhi�t dư�i d�ng nhi�tchuy�n pha không làm thay ��i nhi�t �� c�a v�t Chính ��c �i�mquan tr�ng này là cơ s� cho các �ng d�ng tích tr� nhi�t s� �ư�cgi�i thi�u k� trong m�c III.7
C�ng có th� xác ��nh nhi�t chuy�n pha thu�n tuý d�a trên tính toán nhi�t ��ng như ki�u xác ��nh nhi�t ph�n �ng trong nhi�t hóah�c nói � ph�n trên Ví d� tính nhi�t chuy�n pha kim cương – than chì d�a trên d� li�u c�a 2 ph�n �ng �ơn gi�n �ã bi�t:
Công c� th�c nghi�m thích h�p �� nghiên c�u ��nh lư�ng, xác
��nh nhi�t chuy�n pha, là DTA và DSC, trong �ó DSC cho ��chính xác cao hơn nhưng l�i thư�ng b� h�n ch� v� gi�i h�n cao c�anhi�t �� Các �ng d�ng phong phú c�a phân tích nhi�t �� nghiên c�u chuy�n pha s� �ư�c gi�i thi�u trong các m�c c�a chương III
Trang 39Tài li$u tham kh9o ch ng I
1 Lương Duyên Bình, V�t lý ��i cương, t�p 1: Cơ Nhi�t Nxb Giáo d�c, tái b�n l�n 6, (1998)
2 Nguy�n �ình Hu�, Giáo trình Hóa lý, t�p I, Cơ s� nhi�t ��ng l�c h�c Nxb Giáo d�c, tái b�n l�n 3, (2003);
3 Tr�n V�n Nhân, Nguy�n Th�c S�u, Nguy�n V�n Tu�, Hóa lý, t�p I Nhi�t ��ng h�c Nxb Giáo d�c, tái b�n l�n 5, (2004)
4 Ott Bevan J.; Boerio Goates J.: Chemical Thermodynamics Principles and Applications Academic Press (2000)
5 Smith Brian E.: Basic Chemical Thermodynamics Oxford University Press (2004)
6 Pierre Infelta: Introductory Thermodynamics BrownWalker Press (2004)
Trang 40C S LÝ THUY T, TH C NGHI M VÀ NG
D NG PHÂN TÍCH NHI T
Phân tích nhi�t là m�t ngành khoa h�c th�c nghi�m bao g�m hàng ch�c k� thu�t �o khác nhau, t�o thành “h�” các k� thu�t phân tích nhi�t, cho phép xác ��nh các tính ch�t nhi�t c�a v�t ch�t ho�c là tr�cti�p, ho�c là thông qua �nh hư�ng c�a tác ��ng nhi�t lên các tính ch�t
cơ b�n khác c�a v�t li�u
Các k� thu�t khác nhau c�a phân tích nhi�t v�a có nh�ng ��c
�i�m cơ b�n chung cho phân tích nhi�t, v�a có nh�ng nét ��c thù c�a m�i k� thu�t c� th� Vì v�y nh�ng khái ni�m cơ b�n chung cho phân tích nhi�t, có vai trò ��c bi�t quan tr�ng trong th�c nghi�m
và �ng d�ng phân tích nhi�t, s� �ư�c gi�i thi�u trong các m�c ��uc�a chương này, trư�c khi gi�i thi�u các k� thu�t phân tích nhi�tc� th� � các m�c ti�p sau
Phương pháp phân tích nhi�t bao g�m r�t nhi�u k� thu�t khác nhau, �ư�c phân bi�t ch� y�u b�i các ��i lư�ng hoá lý �ư�c kh�o sát, ho�c là các ��i lư�ng nhi�t, ho�c là các ��i lư�ng lý hoá khác liên quan t�i nhi�t Vì chuy�n ��ng nhi�t và do �ó tính ch�t nhi�t c�a v�tch�t liên quan t�i h�u h�t các ��i lư�ng hoá lý nên có r�t nhi�u ��ilư�ng hoá lý khác nhau �ư�c kh�o sát trong phân tích nhi�t, t�o nên s� �a d�ng và phong phú c�a “h�” các k� thu�t phân tích nhi�t Ngư�i ta thư�ng chia các k� thu�t phân tích nhi�t thành nhóm các k� thu�t thông d�ng và nhóm các k� thu�t chuyên d�ng, ít thông d�ng N�i dung c�a chương này s� ch� y�u gi�i thi�u các k� thu�tthông d�ng
Xu hư�ng k�t h�p các k� thu�t phân tích khác nhau �� b� sung nhau nh�m gi�i quy�t tr�n v�n các bài toán phân tích v�t li�u �ang ngày càng tr� nên ph� bi�n Các k� thu�t phân tích nhi�t k�t h�p ho�cphân tích nhi�t ��ng th�i là thu�c hư�ng nêu trên và s� �ư�c gi�ithi�u � cu�i chương này