o j 0.99Ẩ
CÁC TRẠNG THÁI TẬP HỢP
4.1. MỞ ĐẨU
Vật chất tồn tại ở ba trạn g thái: rắn, lỏng và khí. Hai trạng th ái đầu là những trạn g thái ngưng tụ.
Trạng th ái tập hợp của các chất không phải là cô định mà thay đôi, phụ thuộc vào điều kiện tồn tại của chúng. Muôn biêt vật chất tồn tại ở trạn g thái nào, ta căn cứ vào các yêu tô chính sau đây:
- Chuyển động nhiệt của h ạt cho biết sự phân tán và khuynh hướng chiếm toàn bộ thế tích trong không gian. Yếu tô này được đánh giá bằng động năng chuyển động nhiệt của hạt (T).
- Lực h ú t giữa các hạt. Sự hên kết các hạt lại với nhau th àn h những tập hợp chặt chẽ, có cấu trúc xác định là yêu tô đặc trư ng cho từng trạn g thái của vật chất. Yếu tố này được đánh giá bằng th ế năng tương tác giữa các h ạt (U).
ở trạn g th ái khí, động năng chuyển động lớn hơn nhiều lần thê năng tương tác giữa các hạt. Khoảng cách giữa các phân tử, nguyên tử lớn (do tương tác yếu), các hạt khí (phân
tử, nguyên tử) chuyến động gần như tự do hỗn loạn theo mọi phương (bao gồm cả chuyển động tịn h tiến, quay và dao động) (chuyên động Brown), chúng va chạm đàn hồi với n h au và với th à n h bình. Do đó khối khí không có một cấu trú c xác đ ịn h và không có m ột h ìn h d ạn g xác định.
N hư đã biết, giữa các p h â n tử khí tồn tại tương tác Van der W aals. Đó là m ột liên k ế t r ấ t yếu. Dưới một áp su ất không quá lớn, ở một n h iệt độ không quá thấp, tương tác này có th ể bỏ qua. K hí được gọi là khí lí tưởng. Khi đó phương trìn h trạ n g th á i k h í lí tưởng có dạng:
pV = nRT (4.1)
ỏ đây: p - áp su ấ t khí; V - th ể tích khí; T - n h iệt độ tu y ệ t đối;
R - h ằn g sô khí; n - sô" mol khí.
Nếu kể đến tương tác V an der W aals giữa các phân tử k h í và th ể tích riên g của các p h â n tử khí (b) th ì k h í được gọi là k h í thực. Phương trìn h trạ n g th á i của khí thực:
p + a
V-
(V - b) = nRT (4.2)
ở đây đươc goi là áp su ấ t nôi. • V2
0 trạ n g th á i lỏng, động n ă n g của chuyển động n h iệ t k hông trộ i hơn n h iều th ế n ă n g tương tác giữa các h ạ t, chuyến động của các c h ấ t lỏng vẫn bị rà n g buộc bởi lực V an der W aals nên chúng không thế tự do được. Vì vậy, chất
lỏng có thế tích xác định, nhưng không có hình dạng xác định.
ơ trạng th ái tinh thể, th ế năng tương tác giữa các hạt lớn hơn hắn động năng chuyển động nhiệt của các hạt. Do đó các h ạ t chất rắn được sắp xếp th àn h một cấu trúc xác định, ơ trạng thái rắn, các h ạt chỉ còn khả năng dao động quanh vị trí cân bằng.
Đe dễ hình dung, ta có thể tóm tắt những nội dung vừa trình bày ở trên trong bảng sau:
^ \ T r ạ n g thái
Rắn Lỏng Khí
Các đặc trú n g v .
-C huvển động Dao động T ịnh tiến, quay. Tịnh tiến, quay,
dao đông. dao động.
- K hoảng cách Nhỏ, cỡ kích T ăng lên. quá cõ Khá lớn giữa các h ạ t (d). thước hạt. kích thước hạt.
- Q uan hộ giữa Ư > T II Er-> Ư < T
u và T
- H ình dạng H ình dạn g và Có th ể Lích nhúng Không có thê thế tích đúỢc không có hình tích, không có
bảo toàn dang hình dạng.
Ngoài ra, vật chất còn tồn đọng ỏ trạng thai ran vo đinh hình, trạn g th á i tru n g gian giữa trạng thải tinh, the va trạng th ái lỏng.
Dưới đây, chúng ta sẽ khảo sát các loại liên kết trong hệ ngưng tụ, chủ yêu là trong tinh thể.
4.2. TINH THỂ