bài giảng trạng thái tập học của các chất

Trạng thái tập hợp của các chất 1. Các trạng thái tập hợp của các chất 2. Trạng thái khí 3. Trạng thái lỏng 4. Trạng rắn Các trạng thái tập hợp chất Traïng thaùi toàn taïi cuûa chaát (khí, loûng, raén) ôû ñieàu kieän naøo ñoù phuï thuoäc vaøo:  Chuyeån ñoäng nhieät cuûa caùc tieåu phaân laøm cho chuùng phaân boá hoãn ñoän vaø coù khuynh höôùng chieám toøan boä theå tích khoâng gian cuûa bình ñöïng. Yeáu toá naøy ñöôïc ñaùnh giaù baèng ñoäng naêng chuyeån ñoäng nhieät cuûa haït.  Löïc töông taùc giöõa caùc tieåu phaân thaønh nhöõng taäp hôïp chaët cheõ coù caáu truùc xaùc ñònh. Yeáu toá naøy ñöôïc ñaùnh giaù baèng naêng löôïng töông taùc giöõa caùc tieåu phaân (coøn goïi laø theá naêng töông taùc giöõa caùc phaân töû) . • Một chất ở thể rắn (ta có nói nó ở pha rắn), cứ tiếp tục cung cấp nhiệt nó sẽ chuyển sang pha lỏng (hóa lỏng) và rồi sẽ chuyển sang pha khí(hóa hơi). Đối với một số chất bền nhiệt như vonfram, nhiệt hóa hơi của nó rất cao, cỡ 5000C.Tuy nhiên, nếu ta cứ tiếp tục nung nóng, lên đến nhiệt độ cỡ 20000C thì tại đây, bất cứ chất nào cũng sẽ chuyển sang trạng thái thứ tư Plasma“ • Plasma là hỗn hợp bao gồm các phân tử, nguyên tử và ion ở nhiệt độ cực kỳ cao Ví dụ: Đèn plasma Các trạng thái tập hợp chất

 Lực tương tác giữa các tiểu phân thành những tập hợp

chặt chẽ có cấu trúc xác định Yếu tố này được đánh giá bằng năng lượng tương tác giữa các tiểu phân (còn gọi là thế năng tương tác giữa các phân tử)

• Một chất ở thể rắn (ta có nói nó ở pha rắn),

cứ tiếp tục cung cấp nhiệt nó sẽ chuyển sangpha lỏng (hóa lỏng) và rồi sẽ chuyển sangpha khí(hóa hơi) Đối với một số chất bềnnhiệt như vonfram, nhiệt hóa hơi của nó rấtcao, cỡ 5000C.Tuy nhiên, nếu ta cứ tiếp tụcnung nóng, lên đến nhiệt độ cỡ 20000C thì tạiđây, bất cứ chất nào cũng sẽ chuyển sangtrạng thái thứ tư " Plasma“

• Plasma là hỗn hợp bao gồm các phân tử,nguyên tử và ion ở nhiệt độ cực kỳ cao

Ví dụ: Đèn plasma

Các trạng thái tập hợp chất

Các trạng thái tập hợp chất

Trạng thái khí

• Không có thể tích và hìnhdạng cố định, khi nạp chấtkhí vào bình chứa, nó chiếmthể tích cả bình và có hìnhdạng bình chứa

• Khi cho các chất khí vàocùng một bình chứa, chúngtrộn đều nhau

Trạng thái khí

 Khi cho các chất khí vào cùng một bình chứa, chúng trộn đều nhau.

Trạng thái khí

 Có thể nén hay

giãn chất khí dễ

dàng

 Các chất khí tác dụng

áp lực lên bề mặt tiếp

xúc với chúng.

 Các chất khí có khối lượng riêng nhỏ hơnchất lỏng và chất rắn

Các phương trình trạng

thái khí lý tưởng

Định l u ật Boyl e

P  nRTV

 1662, Robert Boyle ( 1627–91), nhà vật

lý học Ireland đã làm thí nghiệm bằng các đo thể tích khía ở các áp suất khác

nhau ông rút ra kết luận: khi nhiệt độ

không đổi, thể tích của một khối lượng khí nào đó sẽ giảm khi áp suất tăng Phương trình được biểu diễn như sau:

(25 January 1627 – 31 December 1691)

V  k

P hay P.V= k

, với k1 là hằng số

Đơn vị của áp suất

Bài tập áp dụng

• Một mẫu khí chiếm thể tích 12 l ở áp suất 1,2atm Hỏi: Thể tích khi sẽ là bao nhiêu khi ápsuất tăng lên 2,4 atm?

• Mẫu khí chiếm thể tích 10,0 lít ở áp suất 790torr (105 kPa) Áp suất sẽ la bao nhiêu khi thểtích chiếm chổ của khí trên là 13,4 lít? Nếunhiệt độ không thay đổi

n h l u ậ t Ga y - Lu s s a c s - Ch a rle s

• 1802, nhà hóa học Pháp Joseph Louis Ga y - Lussac đã công bố thí nghiệm của mình: thể tích V của một lượng khí cho sẵn khi được giữ ở một áp suất không đổi sẽ tăng theo nhiệt độ.

ra rằng:

nếu áp suất giữ không đổi, thể tích V của một

lượng khí cho sẵn ở một

nhiệt độ bằng thể tích V o ở nhiệt độ ban đầu cộng với một lượng thể tích

bổ sung

Lượng thể tích

bổ sung tỷ

lệ với hiệu số t giữa nhiệt

độ đã cho và

nhiệt độ đầu

N

trong những áp suất thấp nó trở thành đòng nhất với tất cả các khí Để thuận tiện, người ta đưa vào khái niệm Khí lý tưởng Đối với khí lý tưởng, giá trị α thu được bằng cách ngoại suy giá trị α của khí thực đến áp suất bằng 0

• Trạng thái khí lý tưởng sẽ đạt được khi áp suấtgiảm để các phân tử ở xa nhau đến mức lực hútgiữa chúng không thể hiện được.

• Bằng thực nghiệm, có thể đo được thể tích vànhiệt độ ở những áp suất ngày càng thấp vàngười ta thấy rằng nếu nhiệt độ được đo theothang bách phân và các điểm thực nghiệm đượcngoại suy đến áp suất bằng 0 thì hệ số α đối vớitất cả các khí là (1/273,15)

• Lúc này phương trình: Guy-Lussac-Charles trởthành:

• Để đơn giản hóa, người ta đưa vào một thang

nhiệt độ mới: thang nhiệt độ tuyệt đối hay

thang nhiệt độ Kelvin (K).

• Ta có: T (K) = t o C + 273,15

• Lúc này, định luật Guy-Lussac-Charles sẽ là:

V  V o T

, P  const

Bài tập áp dụng

• Một mẫu khí Nitrogen chiếm 117 mL ở 100 oC.Tìm nhiệt độ mà tại đó thể tích bị chiếm là 234mL? P =const

(9 August 1776 – 9 July 1856)

Định luật Av o g a d r o :

• Năm 1811, Avogadro đã nêu ra

luận điểm sau: những thể tích

như nhau của các khí lấy cùng nhiệt độ và áp suấtchứa những lượng phân tử như nhau.

• Nhiều thí nghiệm đã được tiếnhành và xác định giả thiết củaAvogaro là chính xác, với độchính xác 2%

• Ta cũng có thể hiểu định luật nàynhư sau:

• Thể tích bị chiếm bởi mẫu khí tỉ lệ thuận với số mol,

n, của khí.

• Ở điều kiện chuẩn, thể tích của một mol khí bằng 22,414 lít.

• Trong một mol chất chứa 6,023.10 23 phân tử

Thể tích mol chuẩn và tỉ khối của một số chất khí

• Từ các định luật rút ra từ thực nghiệm trên, tathấy rằng

Định luật của Boyle V  1

P (với T và n là hằng số)Định luật của Charle V 

Định luật của Avogadro V 

T (với P và n là hằng số)

n (với T và P là hằng số)

 Từ đây, ta cĩ thể đưa ra một pt trạng thái tổng quát cho khi lý tưởng như sau:

Hằng số khí R

Bài tập áp dụng

• Một quả cầu đã bơm đầy khí heli có thể tích 7240 feet khối (cubic feet) Tính số gram khí heli cần thiết để thổi quả cầu đến

áp suất 745 torr, tại 21 o C ? (biết 1 cubic feet = 28, 3 L).

• Acid Nitric, là một hóa chất công nghiệp quan trọng, được tạo thành bằng cách hòa tan khí nitơ dioxide trong nước Tính tỉ khối của acid (g/L) tại 1,24 atm; 50 o C.

Định l u ật Dalton

• Định luật Dalton : theo định luật Dalton thì áp suất

toàn phần của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của các khí trong hỗn hợp.

• Định luật Dalton chỉ đúng với các khí lý tưởng và

có thể suy ra từ định luật khí lý tưởng như sau:

• Năm 1879, VDW đưa ra những số hạng bổ sung vào phương trình trạng thái khí lý tưởng

và bằng cách đó đã thu được biểu thức mô tả chính xác hơn tính chất của khí thực

• Phương trình VDW như sau:

• V: thể tích của 1 mol khí

Hằng số Van der Waals của một số khí

Tóm tắt

• Định luật Boyle-Mariot (T=const)

Trạng thái lỏng

Cấu tạo chất lỏng

Trạng thái lỏng

Màng bán thấm

Sau thời

gian t

Phân tử nước Phân tử

chất tan

Màng bán thấm

Phân tử nước Phân tử

chất tan

Trạng thái lỏng

Áp suất hơi bão hòa chất lỏng

- Áp suất hơi chất lỏng ở trạng thái bão hòa được gọi là áp suất hơi bão hòa Mỗi chất lỏng có áp suất hơi bão hòa xác định.

- Áp suất hơi bão hòa tỷ lệ thuận với nhiệt độ.

Trạng thái lỏng

Nhiệt độ sôi của chất lỏng

Nhiệt độ sôi là nhiệt

độ tại đó áp suất hơibão hòa của một chấtlỏng bằng áp suất khíquyển (1 atm)

Trạng thái lỏng

Nhiệt hóa hơi

Nhiệt hóa hơi là nhiệt lượng cần hấp thụ để làm hóa hơi 1 mol chất lỏng tại nhiệt độ sôi Kí hiệu: Hhh

và đơn vị nhiệt hóa hơi: kJ/mol.

Sự hóa hơi của chất lỏng

ΔHhh = Hhơi – Hlỏng = - ΔHngưng tụ

Trạng thái lỏng

Sức căng bề mặt của nước và thủy ngân

Sức căng bề mặt

Trạng thái lỏng

Hiện tượng mao dẫn

Nếu lực hút giữa các tiểu phân chất lỏng yếu hơn lực hút giữa các tiểu phân chất rắn và chất lỏng thì chất lỏng sẽ tẩm ướt chất rắn và có bề mặt lõm xuống.

Ví dụ: ống thủy tinh tiếp xúc với nước.

Nếu lực hút giữa các tiểu phân của chất lỏng lớn hơn lực hút giữa các tiểu phân của chất rắn và chất lỏng thì

không xuất hiện hiện tượng tẩm ướt chất rắn và có bề mặt lồi lên.

Ví dụ: ống thủy tinh tiếp xúc vơi thủy ngân.

Capillary

Mao dẫn

Mao dẫn

Chiều cao của chất lỏng phụ thuộc vào đường kính của mao quản

hc4

+ Nhiệt độ nóng chảy của tinh thể xác định và không thay đổi trong suốt quá trình nóng chảy.

+ Có tính định hướng.

Mạng tinh thể và cách sắp xếp khít nhất

Hốc trong tinh thể

Sự sắp xếp các quả cầu

Số ion chứa trong một tế bào

Tâm khối Tâm diện Nguyên tử

Mật độ xếp khít và tỷ số bán kính ion

• Mật độ xếp khít (P)

– P = N x Vc/Vtb

– P = 1 4/3 πrr 3 /a 3 = 0.52

– Như vậy cầu chiếm 52% và 48% rỗng

– Tính P đối với mạng lập phương

nội tâm (tâm diện)

Tỷ số bán kình (độ xếp khít)

= r+/r

-Các kiểu mạng lưới tinh thể

Cộng hoá trị

Mạng lưới cộng

hóa trị (Mạng lưới nguyên tử)

Được tạo thành

từ nhữngnguyên tử liên kết với

nhau bằng lực liên kết

cộng hóa trị (than chì,

kim cương…)

Dùng chung Electron

Mạng lưới phân tử

Các tiểu phân cấu trúc là

những phân tử (trừ khí hiếm),

chúng hút nhau bằng lực hút

yếu Van der Waals, đôi khi cả

liên kết hydro Vì vậy, cấu

trúc mạng lưới phân tử dễ

nóng chảy, dễ hóa hơi,

tương đối mềm.

Mạng lưới tinh thể ion

ngược dấu luân phiên nằm

tại nút mạng và liên kết với

nhau bằng lực hút tĩnh điện.

NaCl:

General Chemistry: HUI© 2006 Slide 58 of 48

• Độ bền của mạng lưới tinh thể đặc trưng bởi

• U (năng lượng mạng lưới tinh thể) =