Trạng thái tập hợp của vật chất

CHƯƠNG 5 TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT ThS. NGUYEN HUU SON * 5.1. Đại cương về trạng thái tập hợp Ba trạng thái tồn tại của vật chất * Trạng thái tồn tại của chất (khí, lỏng, rắn) phụ thuộc vào 2 điều kiện : Chuyển động nhiệt của các tiểu phân làm cho chúng phân bố hỗn độn và có khuynh hướng chiếm tòan bộ thể tích không gian của bình đựng. Yếu tố này được đánh giá bằng động năng chuyển động nhiệt của hạt. 1. Chuyển động nhiệt 5.1. Đại cương về trạng thái tập hợp 2. Lực hút giữa các hạt Lực hút giữa các hạt (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) . * Đặc điểm của khí – lỏng - rắn 5.1. Đại cương về trạng thái tập hợp * Quá trình chuyển trạng thái 5.1. Đại cương về trạng thái tập hợp * Các nguyên tử (phân tử, ion) sắp xếp hỗn độn, khơng cĩ trật tự. 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ Khái niệm Nguyên nhân Động năng chuyển động nhiệt > Thế năng tương tác * Thể tích : khơng xác định -Thể tích khí = Thể tích bình chứa -Khi cho các chất khí vào cùng một bình chứa, chúng trộn đều nhau. Cấu trúc : khơng xác định 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ Đặc điểm * Thể tích (V) : -Thay đổi theo nhiệt độ (T) : Định luật Boyle-Mariotte -Thay đổi theo áp suất (P) : Định luật Charles-Gay Lussac Pt. Clapeyron-Mendeleev Tương tác: Các chất khí tác dụng lên bề mặt tiếp xúc với chúng: Định luật Dalton Phương trình khí thực Khối lượng riêng : nhỏ 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ Tính chất * Định luật Boyle-Mariotte : Tại nhiệt độ không đổi (T = const), thể tích của một khối khí tỉ lệ nghịch với áp suất của nĩ. V = k1/P V x P = k1 (k1: hằng số tỷ lệ) 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ * Định luật Charles-Gay Lussac : Tại áp suất không đổi (P = const), thể tích của một khối khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó. V = k2T V/T = k2 V1/T1 = V2/T2 (k2: hằng số tỷ lệ) 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ * PV = nRT P - áp suất; V - thể tích; n - số mol; T - nhiệt độ (K) R - hằng số khí lý tưởng phụ thuộc vào đơn vị đo. Phương trình Clapeyron-Mendeleev: 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ * Giá trị R phụ thuộc vào đơn vị đo 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ * 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ  Áp suất riêng phần O2 : tác dụng lên thành bình PO2 N2 : tác dụng lên thành bình PN2 Áp suất hỗn hợp khí : * Áp suất chung của hỗn hợp các chất khí không tham gia tương tác hóa học với nhau bằng tổng áp suất riêng của các khí tạo hỗn hợp. 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ Đinh luật Daltol * 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ Áp suất riêng phần * Trạng thái khí lý tưởng: Nồng độ nhỏ (Vkhí 0) T: cao & P : thấp 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ Trạng thái khí thực: Nồng độ cao (Vkhí 0) T: thấp & P : cao * P & T d (khoảng cách phân tử) Lực hút phân tử Va chạm vào thành bình (P = Pn: áp suất nội) Áp suất khí: Plt = Pt + Pn = Pt + (a/V2) Trong đĩ: Pt : áp suất khí thực Pn : áp suất nội a : hằng số cho từng chất khí V: thể tích Điều kiện : T : thấp & P : cao (nồng độ lớn) 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ Áp suất thấp Áp suất cao Phương trình khí thực (Vandervan) HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 N.độ khí T.tích riêng của khí : b Thể tích khí (khoảng khơng gian tự do): Trong đĩ: b : hằng số cho từng chất khí P.trình trạng thái khí thực 5.2. TRẠNG THÁI KHÍ Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng * Khái niệm : cấu trúc trật tự gần Các nguyên tư sắp xếp thành những nhĩm nhỏ hình cầu 0.25 nm  Chuyển động nhiệt: nhĩm bị phá vỡ => Hình thành nhĩm mới với các nguyên tử khác ở vị trí mới 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 Nguyên nhân Động năng c.động nhiệt  Lực hút giữa các hạt Chuyển động hỗn loạn : khơng 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 Đặc điểm Thể tích: xác định Cấu trúc (hình dạng) : khơng xác định 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG *  T  Phân tử hoạt độngTách khỏi bề mặt  Hơi HơiVa chạm bề mặt  Ngưng tụ  Lỏng Cân bằng L-H Hơi bão hịa  Áp suất hơi bão hồ : áp suất hơi trên bề mặt thống khi chất lỏng & hơi nằm cân bằng với nhau  T   Po 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG Aùp suất hơi bão hòa chất lỏng * Nhiệt độ sơi : nhiệt độ ở đĩ áp suất hơi bão hịa của nĩ bằng áp suất bên ngồi trên mặt chất lỏng. Nhiệt độ sơi của nước: T = 100oC Phơi = Pk.quển = 1atm 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG Nhiệt độ sơi của chất lỏng * 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG * Khái niệm -Các lớp chất lỏng có tính chất cản trở chuyển đợng của chúng đới với nhau. Người ta nói rằng chất lỏng có tính nhớt. -Tính chất này xuất hiện khi hai lớp chất lỏng chuyển đợng tiếp xúc nhau sẽ làm xuất hiện hai lực bằng nhau nhưng tác dụng ngược chiều Lực ma sát 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG Độ nhớt * Lực ma sát :Lực xuất hiện trong lớp chất lỏng chuyển đợng nhanh hơn gọi là lực ma sát và được tính bằng: S : diện tích tiếp xúc của hai lớp chất lỏng v : đợ chênh lệch vận tớc của hai lớp chất lỏng x : khoảng cách giữa hai lớp chất lỏng.  : hệ sớ tỷ lệ hay hệ sớ nhớt hay đợ nhớt 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG Độ nhớt Độ nhớt Đơn vị đo : Poise (p) hay Pascal.giây (Pa.s) 10P = 1Pa.S * Khái niệm -Phân tử trong lịng chất lỏng : -Phân tử trên lớp bề mặt : -Sức căng bề mặt : Lực tác dụng trên 1 đơn vị chiều dài của giới hạn bề mặt phân chia 2 pha -Năng lượng bề mặt : Đơn vị đo : j/m2 Cơng tiêu hao để tạo ra 1 đơn vị diện tích bề mặt 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG Sức căng bề mặt * 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG Sức căng bề mặt * Yếu tố Sức căng bề mặt được quan sát giọt nước trên tấm kính 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG Sức căng bề mặt * 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG 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. Bề mặt lõm Bề mặt lồi 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. Sức căng bề mặt Nước Thủy ngân * 5.3. TRẠNG THÁI LỎNG Hiện tượng mao dẫn :là kết quả của sức căng bề mặt xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa chất lỏng và chất rắn. Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng * Khái niệm Các nguyên tử (phân tử, ion) cĩ vị trí xác định với các ngtử cạnh (trật tự gần) & cĩ vị trí xác định với các ngtử ở xa (trật tự xa) 5.4. TRẠNG THÁI RẮN Nguyên nhân Động năng c.động nhiệt Tứ diện tam giác 5.4. TRẠNG THÁI RẮN * Đặc điểm: Nút mạng là các phân tử , chúng hút nhau bằng lực hút Van der Waals ( hoặc liên kết hydro). Tính chất : -Lý tính : Dễ nĩng chảy Dễ hĩa hơi -Hĩa tính : Dễ hịa tan -Cơ tính : Tương đối mềm. Mạng lưới phân tử 5.4.1. Chất rắn tinh thể 5.4. TRẠNG THÁI RẮN Ví dụ : Tinh thể nước đá 2H liên kết O:Liên kết Cộng h.trị Phân tử H2O : Liên kết hydro 5.4. TRẠNG THÁI RẮN Ví dụ : Polyethylen (PE) C2H4 5.4. TRẠNG THÁI RẮN Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng * Benzen-C6H6 5.4. TRẠNG THÁI RẮN * Mạng lưới tinh thể ion 5.4.1. Chất rắn tinh thể 5.4. TRẠNG THÁI RẮN Đặc điểm: Nút mạng là các ion , chúng liện kết với nhau bằng lực hút tĩnh điện. Tính chất : -Lý tính : Tnc : cao ; Dẫn điện, dẫn nhiệt : kém -Hĩa tính : dễ tan trong nước. -Cơ tính : cứng, dịn Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng * Ví dụ: mạng tinh thể muối ăn NaCl 5.4. TRẠNG THÁI RẮN * Mạng lưới kim loại 5.4.1. Chất rắn tinh thể 5.4. TRẠNG THÁI RẮN Đặc điểm: Nút mạng là các cation (Men+) , chúng liện kết với nhau bằng các electron tự do. Tính chất : -Lý tính : Tnc : cao Dẫn điện, dẫn nhiệt : tốt -Hĩa tính : tính khử mạnh -Cơ tính : dẻo, bền Ví dụ: mạng tinh thể Cu 5.4. TRẠNG THÁI RẮN * 5.4. TRẠNG THÁI RẮN 5.4.2.Chất rắn vơ định hình Đặc điểm Các nguyên tử (phân tử, ion) sắp xếp khơng cĩ quy luật tạo thành mạng lưới khôngđều Tính chất  Nhiệt độ nóng chảy: khơng xác định. Tính đẳng hướng: Hướng  Tính chất giống nhau Ví dụ: mạng thủy tinh 5.4. TRẠNG THÁI RẮN Ví dụ : Polyethylen (PE) C2H4 5.4. TRẠNG THÁI RẮN HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 Chất đồng hình : Đặc điểm : -Thành phần : khác nhau -Cơng thức hố học : giống nhau -Mạng tinh thể : giống nhau Tính chất : kết hợp với nhauDung dịch rắn 5.4. TRẠNG THÁI RẮN 5.4.3.Chất đồng hình & Chất đa hình HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 5.4. TRẠNG THÁI RẮN Ví dụ :Chất đồng hình : HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 Chất đa hình : Đặc điểm : -Một chất :Thành phần & Cơng thức hố học : giống nhau -Mạng tinh thể : nhiều kiểu khác nhau Tính chất : khác nhau 5.4. TRẠNG THÁI RẮN 5.4.3.Chất đồng hình & Chất đa hình * 5.4. TRẠNG THÁI RẮN Ví dụ :Chất đa hình : Mạng tinh thể graphit Mạng tinh thể kim cương