chuong 5. trang thai tu nhien cua vat chat

CHƯƠNG 5

TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT

ThS. NGUYEN HUU SON

2

5.1. Đại cương về trạng thái tập hợp

Ba trạng thái tồn tại của vật chất

3

Traïng thaùi toàn taïi cuûa chaát (khí, loûng, raén) phuï thuoäc vaøo 2 ñieàu kieän :

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.

1. Chuyển động nhiệt


2. Lực hút giữa các hạt

Lực hút giữa các hạt (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) .

4

Trạng thái Hình dạng Thể tích

Khí Không xác định Không xác định

Lỏng Không xác định Xác định

Rắn Xác định Xác định

Đặc điểm của khí – lỏng - rắnĐặc điểm của khí – lỏng - rắn


5

Quá trình chuyển trạng thái

Rắn

Lỏng

Khí

Hóa hơi Ngưng tụ

Nóng chảy Hóa rắn

Cung cấp năng lượng

Giải phóngNăng lượng


6

Các nguyên tử (phân tử, ion) sắp xếp hỗn độn, không có trật tự.

5.2. TRẠNG THÁI KHÍ

Khái niệm

Nguyên nhân

Động năng chuyển động nhiệt > Thế năng tương tác

7

Thể tích : không xác định

-Thể tích khí = Thể tích bình chứa

-Khi cho caùc chaát khí vaøo cuøng moät bình chöùa, chuùng troän ñeàu nhau.

Cấu trúc : không xác định


Đặc điểm

8

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 DaltonPhương trình khí thực

Khối lượng riêng : nhỏ


Tính chất

9

Định luật Boyle-Mariotte :Taïi nhieät ñoä khoâng ñoåi (T = const), theå tích cuûa moät khoái khí tæ leä nghòch vôùi aùp suaát cuûa nó.

V = k1/P V x P = k1 (k1: hằng số tỷ lệ)


10

Định luật Charles-Gay Lussac :Taïi aùp suaát khoâng ñoåi (P = const), theå tích cuûa moät khoái khí tæ leä thuaän vôùi nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa noù.

V = k2T V/T = k2 V1/T1 = V2/T2

(k2: hằng số tỷ lệ)


11

PV = nRT

P - aùp suaát; V - theå tích; n - soá mol; T - nhieät ñoä (K)R - haèng soá khí lyù töôûng phuï thuoäc vaøo ñôn vò ño.

Phương trình Clapeyron-Mendeleev:


PKV

1~ 1

TKV 2~

nV ~

12

Giá trị R phụ thuộc vào đơn vị đoGiá trị R phụ thuộc vào đơn vị đo

P V R Ñôn vò

N/m2 m3 8,3144 J./mol.K

atm lít 22,4/273 = 0,0821 l.atm/mol.K

mmHg ml 62400 ml.mmHg/mol.K


13


atmPPP NOT 8.07.01.022

Áp suất riêng phần

O2 : tác dụng lên thành bình PO2

N2 : tác dụng lên thành bình PN2

Áp suất hỗn hợp khí :

14

AÙp suaát chung cuûa hoãn hôïp caùc chaát khí khoâng tham gia töông taùc hoùa hoïc vôùi nhau baèng toång aùp suaát rieâng cuûa caùc khí taïo hoãn hôïp.

iT PP


Đinh luật Daltol

15


ndcba PPPPPP .....ndcba VVVVVV .....

PV

VP a

a

RTnPV aa RTnPV aa

aa PVPV

Áp suất riêng phần

16

Trạng thái khí lý tưởng:

Nồng độ nhỏ (Vkhí 0)

T: cao & P : thấp


Trạng thái khí thực:

Nồng độ cao (Vkhí 0)

T: thấp & P : cao

17

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 đó: Pt : áp suất khí thựcPn : áp suất nội

a : hằng số cho từng chất khí V: thể tích

Điều kiện : T : thấp & P : cao (nồng độ lớn)


Áp suất thấp

Áp suất cao

Phương trình khí thực (Vandervan)

HUI© 2006 General Chemistry: Slide 18 of 48

N.độ khí T.tích riêng của khí : b

Thể tích khí (khoảng không gian tự do):

Trong đó:

b : hằng số cho từng chất khí

P.trình trạng thái khí thực

Áp suất thấp

Áp suất cao

bVVlt

nRTbVV

aP

2


Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 19

Khái niệm : cấu trúc trật tự gầnCác nguyên tư sắp xếp thành những nhóm nhỏ hình cầu 0.25 nm Chuyển động nhiệt: nhóm bị phá vỡ =>

Hình thành nhóm mới với các nguyên tử khác ở vị trí mới

5.3. TRẠNG THÁI LỎNG


Nguyên nhânĐộng năng c.động nhiệt Lực hút giữa các hạt

Chuyển động hỗn loạn : không



Màng bán thấm

Phân tử nướcPhân tử chất tan

Màng bán thấm

Phân tử nướcPhân tử chất tan

Sau thời gian t

Đặc điểmThể tích: xác địnhCấu trúc (hình dạng) : không xác định


22

T Phân tử hoạt độngTách khỏi bề mặt Hơi

HơiVa chạm bề mặt Ngưng tụ Lỏng

Cân bằng L-H Hơi bão hòa

Áp suất hơi bão hoà : áp suất hơi trên bề mặt thoáng khi chất lỏng & hơi nằm cân bằng với nhau

T Po


Aùp suaát hôi baõo hoøa chaát loûng

Phân tử dạng hơiPhân tử đang hóa hơiPhân tử đang ngưng tụ

23

Nhiệt độ sôi : nhiệt độ ở đó áp suất hơi bão hòa của nó bằng áp suất bên ngoài trên mặt chất lỏng.

Nhiệt độ sôi của nước: T = 100oC

Phơi = Pk.quển = 1atm


Nhiệt độ sôi của chaát loûng

24


25

Khái niệm -Các lớp chất lỏng có tính chất can trở chuyển động của chúng đối với nhau. Ngươi ta nói rằng chất lỏng có tính nhớt. -Tính chất này xuất hiện khi hai lớp chất lỏng chuyển động tiếp xúc nhau se làm xuất hiện hai lực bằng nhau nhưng tác dụng ngươc chiều Lực ma sát


Độ nhớt

1

2

26

Lực ma sát :Lực xuất hiện trong lớp chất lỏng chuyển động nhanh hơn goi là lực ma sát và đươc tính bằng:

S : diện tích tiếp xúc cua hai lớp chất lỏngv : độ chênh lệch vận tôc cua hai lớp chất lỏngx : khoảng cách giữa hai lớp chất lỏng. : hệ sô ty lệ hay hệ sô nhớt hay độ nhớt

xv

SF


Độ nhớt

vx

Svx

SF

Độ nhớt

Đơn vị đo : Poise (p) hay Pascal.giây (Pa.s) 10P = 1Pa.S

27

Khái niệm-Phân tử trong lòng 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 Công tiêu hao để tạo ra 1 đơn vị diện tích bề mặt


Sức căng bề mặt

0 đayhutkeohut FFFFF

0 đayhutkeohut FFFFF

SF

28



29

Yếu tố Sức căng bề mặt được quan sát giọt nước trên tấm kính



30


Neáu löïc huùt giöõa caùc tieåu phaân chaát loûng yeáu hôn löïc huùt giöõa caùc tieåu phaân chaát raén vaø chaát loûng thì chaát loûng seõ taåm öôùt chaát raén vaø coù beà maët loõm xuoáng.

Bề mặt lõm Bề mặt loài

Neáu löïc huùt giöõa caùc tieåu phaân cuûa chaát loûng lôùn hôn löïc huùt giöõa caùc tieåu phaân cuûa chaát raén vaø chaát loûng thì khoâng xuaát hieän hieän töôïng taåm öôùt chaát raén vaø coù beà maët loài leân.

Sức căng bề mặt Nước Thuy ngân

31


Hiện tượng mao dẫn :laø keát quaû cuûa söùc caêng beà maët xuaát hieän treân beà maët tieáp xuùc giöõa chaát loûng vaø chaát raén.


Khái niệm

Các nguyên tử (phân tử, ion) có vị trí xác định với các ngtử cạnh (trật tự gần) & có vị trí xác định với các ngtử ở xa (trật tự xa)

5.4. TRẠNG THÁI RẮN

Nguyên nhân Động năng c.động nhiệt < Lực hút giữa các hạt

Chuyển động xung quanh vị trí cân bằng

33

Trạng thái rắn

Trạng tháiTinh thể

Trạng tháiVô định hình


34


5.4.1.Chất rắn tinh thể

Đặc điểm

Cấu trúc (hình dạng): xác định & có tính đôi xứng cao

Thể tích: xác định.

Tính chất

Nhieät ñoä noùng chaûy: xác định.

Tính dị höôùng: Hướng Tính chất

35

Tính đối xưng và các hệ tinh tinh thể

Hệ tinh thể Đặc trưng hình học Kiểu mạng Bravais

Lập phương(Cubic)

Bốn phương(Tetragoral)

Trục thoi(Orthorombic)

Ba phương(orhombohechal)

Sáu phương(hexagoral)Một nghiêng(monoclinic)Ba nghiêng(Triclinic)

a = b = c = = = 90o

a = b ≠ c = = = 90o

a ≠ b ≠ c = = = 90o

a = b = c = = ≠ 90o

a = b ≠ c = = 90o, = 120o

a ≠ b ≠ c = ≠ a ≠ b ≠ c ≠ ≠ ≠ 90o

Lập phương đơn giảnLập phương tâm khốiLập phương tâm mặtBốn phương đơn giảnBốn phương tâm khốiTrục thoi đơn giảnTrục thoi tâm khốiTrục thoi tâm mặtTrục thoi tâm đáyBa phương đơn giảnSáu phương đơn giảnMột nghiêng đơn giảnMột nghiêng tâm đáyBa nghiêng đơn giản

Mạng không gian cua hệ tinh thể

5.4.1. Chất rắn tinh thể


36

Mạng lưới tinh thể



37


Ô cơ sởHình

thành


(mạng không gian)

14 kiểu Bravais 230 nhóm không gian



38


Ô cơ sở

Nút mạng

Các khái niệm

Sô phôi trí

Hằng sô mạng



39

Mạng lưới cộng hóa trị

Mạng lưới phân tử

Các kiểu mạng

Mạng lưới ion

Mạng lưới kim lọai




40

Mạng lưới cộng hóa trị



Đặc điểm:

Nút mạng là các nguyên tử , chúng liên kết với nhau bằng liên

kết cộng hóa trị.

Tính chất :

-Lý tính : Tn.chay : cao

Dẫn điện, dẫn nhiệt : kém

-Hóa tính : bền cao.

-Cơ tính : Độ cứng : cao.


Ví dụ : Kim cương

Cacbon: Z = 6

1S + 3P SP3 : 4

4SP3 nối 4 Ngtử C :l.kết cộng hóa trị => Tứ diện tam giác

1S2 2S1 2P3


42

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 nóng chay

Dễ hóa hơi

-Hóa tính : Dễ hòa tan

-Cơ tính : Tương đối mềm.

Mạng lưới phân tử



Ví dụ : Tinh thể nước đá Ví dụ : Tinh thể nước đá

2H liên kết O:Liên kết Cộng h.trị2H liên kết O:Liên kết Cộng h.trị

Phân tử HPhân tử H22O : Liên kết hydroO : Liên kết hydro


Ví dụ : Polyethylen (PE) CVí dụ : Polyethylen (PE) C22HH44



Benzen-CBenzen-C6HH6


46

Mạng lưới tinh thể ion



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

-Hóa tính : dễ tan trong nước.

-Cơ tính : cứng, dòn


Ví dụ: mạng tinh thể muối ăn NaCl


48

Mạng lưới kim loại



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

-Hóa tính : tính khử mạnh

-Cơ tính : dẻo, bền

Ví dụ: mạng tinh thể Cu


50


5.4.2.Chất rắn vô định hình

Đặc điểm Caùc nguyeân töû (phaân töû, ion)

sắp xếp không có quy luaättaïo thaønh maïng löôùi khoângñeàu

Tính chất Nhieät ñoä noùng chaûy: không xác định.

Tính đẳng höôùng: Hướng Tính chất giông nhau

Hình dạng : không xác định

& không tính đôi xứng

Ví dụ: mạng thủy tinh


Ví dụ : Polyethylen (PE) CVí dụ : Polyethylen (PE) C22HH44



Chất đồng hình :Đặc điểm :

-Thành phần : khác nhau-Công thưc hoá học : giông nhau

-Mạng tinh thể : giông nhau

Tính chất : kết hợp với nhauDung dịch rắn


5.4.3.Chất đồng hình & Chất đa hình



Ví dụ :Chất đồng hình :

CaCO3 MgCO3 FeCO3


Chất đa hình :Đặc điểm :

-Một chất :Thành phần & Công thức hoá học : giông nhau

-Mạng tinh thể : nhiều kiểu khác nhau

Tính chất : khác nhau


5.4.3.Chất đồng hình & Chất đa hình

56


Ví dụ :Chất đa hình :

Mạng tinh thể graphitMạng tinh thể graphitMạng tinh thể kim cươngMạng tinh thể kim cương

chuong 5. trang thai tu nhien cua vat chat

Documents