IX. SỰ BIẾN ÐỔI PHA CỦA VẬT CHẤT
4. Hiện tượng đổi pha và thuyết động học phân tử TOP
a. Nóng chảy và đông đặc.
Trong thực tế, các hạt cấu thành chất rắn và tinh thể chịu hai ảnh hưởng ngược nhau:
1) Chuyển động nhiệt có xu hướng làm tách rời các hạt xa nhau ra, phá vỡ trật tự trong mạng tinh thể.
2) Lực tương tác giữa cá hạt có xu hướng liên kết các hạt lại với nhau, buộc chúng ở tại vị trí cân bằng. Hai ảnh hưởng này song song tồn tại. Ở nhiệt độ và áp suất nào đó, ảnh hưởng thứ nhất yếu hơn ảnh hưởng thứ hai: hạt phải dao động tại vị trí cân bằng.
Hiện tượng đông đặc là quá trình ngược so với hiện tượng nóng chảy.
Nhiệt độ đông đặc phải bằng nhiệt độ nóng chảy và cũng không đổi trong suốt thời gian sự đông đặc xảy ra, mặc dù hệ cứ toả nhiệt.
Sự thăng hoa cũng được giải thích theo quan điểm của thuyết động học phân tử .Ở một nhiệt độ và áp suất nào đó các phân tử hoặc ion trong mạng tinh thể chuyển động nhiệt với vận tốc khác nhau và bao giờ cũng có một số phân tử có đủ năng lượng để vượt ra khỏi tinh thể ,bay vào môi trường xung quanh
b) Bay hơi:
Hiện tượng các phân tử của chất lỏng thoát ra khỏi mặt thoáng, tạo thành hơi được gọi là hiện tượng bay hơi.
Một chất lỏng ở bất cứ nhiệt độ nào, cũìng có chứa những phân tử có động năng đủ lớn để thắng lực hút xung quanh, thoát ra khỏi mặt thoáng. Tập hợp các phân tử thoát ra như thế tạo thành hơi.
Muốn thành hơi, phân tử phải sản công, để thắng lực hútĠcủa các phân tử còn lại , kéo phân tử vào lòng chất lỏng.
Gọi r là bề dầy lớp mặt ngoài; n: số phân tử có trong một đơn vị khối lượng chất lỏng. Công A để n phân tử ấy thoát khỏi mặt thoáng, hay một đơn vị khối lượng của chất ấy biến thành hơi bằng:
+ Ðồng thời với sự hoá hơi còn xảy ra quá trình ngưng tụ. Một số phân tử từ ngoài mặt thoáng đi trở ngược vào lòng chất lỏng.
+ Diện tích S của mặt thoáng càng tăng, sự bay hơi càng nhanh. + Nhiệt độ càng cao, bay hơi càng chóng.
+ Sự bay hơi được gió xúc tiến nhanh. c. Trạng thái bão hòa:
Nếu sự bay hơi và quá trình ngược xảy ra trong bình kín, thì đến một lúc nào đấy, số phân tử hoá thành hơi trong một đơn vị thời gian bằng số phân tử hơi đi vào chất lỏng. Nồng độ phân tử hơi không tăng nữa. Ta có trạng thái cân bằng động giữa chất lỏng và hơi (dưới áp suất nhất định và ở nhiệt độ nhất định). Ta nói rằng hơi ở trạng thái bão hòa.
+ Tại một nhiệt độ xác định, áp suất hơi bão hòa po có giá trị xác định. + Khi nhiệt độ tăng, áp suất hơi bão hòa cũng tăng theo.
+ Áp suất hơi bão hòa của một chất không phụ thuộc thể tích chứa hơi bão hòa.
+ Sự có mặt của các chất khí hoặc hơi khác làm ảnh hưởng tới tốc độ bay hơi, kéo dài thời gian bay hơi để đạt tới trạng thái bão hòa, nhưng không làm thay đổi sự cân bằng động giữa pha lỏng và pha hơi.
d. Sự sôi:
Khác với sự bay hơi, sự sôi là sự chuyển pha từ lỏng sang hơi ngay trong lòng chất lỏng. Các bọt hơi được tạo thành ở đáy và thành bình, và lớn lên trong lòng chất lỏng, đi lên mặt thoáng, và vở ra tại mặt thoáng để cho hơi trong các bọt thoát ra ngoài.
Các bọt này hình thành từ khí (không khí) hòa tan trong nước và thành bình hấp thụ. Khi nung nóng chất lỏng, bọt khí phình ra với kích thước không đến nổi nhỏ quá. Áp suất phụ của mặt cong của bọt không đủ lớn để phá vỡ bọt. Trong bọt, ngoài khí còn có hơi bão hòa thoát ra từ chất lỏng vào bọt.
Lúc đầu khi mới đung nhiệt độ chất lỏng chưa đồng đều trong toàn bình, dưới nóng trên lạnh. Bọt đi lên bị nhỏ lại vì hiện tượng ngưng tụ trong bọt làm giảm áp suất bên trong bọt. Trong khi đó aÏp suất từ chất lỏng tác dụng lên bọt gần như không đổi. Bọt bị nén mạnh, và vỡ ra gây tiếng động nhỏ : tiếng reo.
Càng đun nóng do hiện tượng đối lưu hơi chất lỏng nóng đều khi nhiệt độ tăng, áp suất hơi bão hòa trong bọt tăng, thể tích V của bọt tăng lên. Lực ArchimedeĠ của chất lỏng lên bọt tăng. KhiĠđã lớn hơn lựcĠdo lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng quanh bọt, bọt sẽ chuyển động lên mặt thoáng và bị vỡ ra ở đó.
Hơi thoát ra ngoài, nước đã sôi. Như vậy muốn cho hiện tượng sôi xảy ra các bọt khí phải đủ lớn, nổi lên mặt thoáng và vỡ ra. Các bọt khí chỉ có thể lớn lên khi áp suất hơi bão hòa của nó ở một nhiệt độ cho trước thỏa mãn điều kiện
Kết luận:
Với áp suất bên ngoài cho trước, chất lỏng sẽ sôi ở nhiệt độ xác định, sao cho áp suất hơi bão hòa ứng với nhiệt độ đó bằng áp suất bên ngoài.
Ðây cũng chính là sự khác nhau giữa sự sôi và sự bay hơi (xảy ra ở mọi nhiệt độ). Muốn duy trì sự sôi, ta phải cung cấp nhiệt lượng cho chất lỏng, vì thế suốt thời gian sôi, nhiệt độ của hệ (gồm 2 pha: lỏng và hơi bão hòa) không đổi.
Sôi ở áp suất thấp.
Ðặt một bình hở đựng nước ở nhiệt độ 30oC vào một chuông thuỷ tinh nối với bơm hút khí. Cho bơm chạy, áp suất không khí trên mặt thoáng giảm dần đến 31mmHg, thì nước sôi (Hình 9.32)
TRỌNG TÂM ÔN TẬP***@@@***
***@@@***
1- Công thức cơ bản của thuyết động học. 2- Khái niệm về nhiệt độ.
3- Phương trình trạng thái cho khí lý tưởng. 4- Phương trình trạng thái cho và khí thực. 5- Hiện tượng sức căng mặt ngoài
6- Hiện tượng mao dẫn. 7- Sự biến đổi pha - Ðiểm ba.
8- Các qúa trình nóng chảy, đông đặûc, bay hơi và sôi.
BÀI TẬP
CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM***@@@*** ***@@@***
PHÂN TÍCH NHỮNG CÂU PHÁT BIỂU ĐÚNG SAI***&&&*** ***&&&***
1- Chuyển động Brown là do các electron quay quanh hạt nhân của nguyên tử. 2- Gió được tạo ra do sự chênh lệch mật độ phân tử không khí tại các nơi. 3- Quãng đường tự do trung bình của chất khí thì tỷ lệ với mật độ chất khí đó. 4- Khí lý tưởng là khí thực ở trong điều kiện chuẩn.
5- Lực tương tác giữa hai phân tử có thể là lực hút hoặc là lực đẩy.
6- Dưới tác dụng của lực căng mặt ngoài, lớp mặt ngoài luôn co lại ở diện tích nhỏ. 7- Mao dẫn là nguyên nhân tạo ra lực căng mặt ngoài.
8- Có ba pha là rắn, lỏng và hơi.
