SGK Vật Lí 10 - Bài 28. Cấu tạo chất. Thuyết động học phân tử chất khí

Cấu TẠO CHẤT Thuyết động học phân tù
CHẤT KHÍ
Hình 28.2. Ảnh chụp các nguyên tử silic qua kính hiển vi hiện đại (kính hiển vi lực nguyên tử).
I - CẤU TẠO CHẤT
Nước đá, nước và hơi nước đều được cấu tạo từ cùng một loại phân tử là phân tử nước. Nhưng tại sao nước ‘đá lại có thể tích và hình dạng riêng, nước có thể tích riêng nhưng hình dạng lại là hình dạng của bình chứa, còn hơi nước thì không có cả thể tích riêng lẫn hình dạng riêng (Hình 28.1) ?
Nhũng điều đã học về cấu tạo chất ở lớp 8 ta đã biết :
Các chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt là phân tử^ ;
Các phân tử chuyển động không ngừng ;
Các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao 	Các hạt cấu tạo nên chất rắn và các khí trơ là các nguyên tử, đỉtợc coi là các phân tử đơn nguyên tử. Người ta đã xác định được kích thước và khối lượng của phân tử các chất khác nhau. Phản tử nước chẳng hạn, có kích thước là 4.1O~10 m và khối lượng 2,9.1Ữ~26 kg. Để hình dung được kích thước và khối lượng của phân tử nhỏ bé như thế nào ta có thể dùng hình ảnh so sánh sau đây : Kích thước và khối lượng của quả cam so với kích thước và khối lượng của Trái Đất thế nào thì kích thước và khối lượng của phân tử so với kích thước và khối lượng của quả cam như thế.
 	Ở nhiệt độ trong phòng (27°C) các phân tử hiđrô chuyển động với vận tốc khoảng 1 900 m/s (lớn hơn vận tốc của viên đạn đang bay), còn các phân tử ôxi chuyển động với vận tốc khoảng 500 m/s.
.
Tuy nhiên, nếu các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động không ngừng thì tại sao vật (một hòn phấn, một cái bút chẳng hạn...) lại không rã ra thành từng phân tử riêng biệt, mà cứ giữ nguyên hình dạng và thể tích của chúng ?
Lục tirong tác phân tử
Các vật có thể giữ được hình dạng và thể tích của chúng là do giữa các phân tử cấu tạo nên vật đồng thời có lực hút và lực đẩy. Độ lớn của những lực này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử.
Khi khoảng cách giữa các phân tử nhỏ thì lực đẩy mạnh hơn lực hút, khi khoảng cách giữa các phân tử lớn thì lực hút mạnh hơn lực đẩy. Khi khoảng cách giữa các phân tử rất lớn (lớn hơn nhiều lần kích thước phân tử) thì lực tương tác giữa chúng coi như không đáng kể.
Để hình dung được sự tồn tại đồng thời của lực hút và lực đẩy phân tử, người ta có thể dùng mô hình sau đây.
Coi hai phân tử đứng cạnh nhau như hai quả cầu.
Ỡ	©
Coi liên kết giữa hai phân tử như một lò xo.
1. Lò xo bị dãn có xu hướng co lạl: tổng hợp lực liên kết phân tử là lực hút.
2. Lò xo bị nén có xu hướng dãn ra: tổng hợp lực liên kết phân tử là lực đẩy.
3. Lò xo không nén cũng không dãn : các phân tử có khoảng cách sao cho lực đẩy và lực hút cân bằng nhau.
Hình 28.3
KI Tại sao cho hai thỏi chì có mặt đáy phẳng đã được mài nhẵn tiếp xúc với nhau thì chúng hút nhau (Hình 28.3) ? Tại sao hai mặt không được mài nhẵn thì lại không hút nhau ?
[50 Tại sao có thể sản xuất thuốc viên bằng cách nghiền nhỏ dược phẩm rồi cho vào khuôn nén mạnh ?
Nếu bẻ đôi viên thuốc rổi dùng tay ép sát hai mảnh lại thì hai mảnh không thể dính liền với nhau. Tại sao ?
Chú ỷ : Mô hình trên chỉ cho phép hình dung gần đúng sự xuất hiện lực đẩy và lực hút phân tử; không cho thấy bản chất cũng như sự phụ thuộc của độ lớn của lực này vào khoảng cách giữa các phân tử. 0
o	o
o	o
o	°
Q
\
X’ O-—
a)	Thể khí
• b)
oo ° o ° o n o°or,
° o o °
„ ,-0^0 ° ° 0	o o
•X,
a)	Thể lỏng
b)
ooooooo
ooooooo
ooooooo
ooooooo
ooooõoo
1
a)	Thể rắn b)
Hình 28.4. Sự sắp xếp (a) và chuyển động (b) của phân tử ở các thể khí, lỏng, rắn.
Các the rắn, lỏng, khí
Ta đã biết các chất tồn tại ở các thề'C) thường gặp là : thể khí, thể lỏng và thể rắn. Sự khác nhau giữa các thể này được giải thích như thế nào ?
ở thể khí, các phân tử ở xa nhau (khoảng cách giữa các phân tử lớn gấp hàng chục lần kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các phân tử rất yếu nên các phân tử chuyển động hoàn toàn hỗn loạn(2\ Do đó, chất khí không có hình dạng và thể tích riêng. Chất khí luôn chiếm toàn bộ thể tích của bình chứa và có thể nén được dễ dàng.
Ớ thể rắn, các phân tử ở gần nhau (khoảng cách giữa các phân tử chỉ vào cỡ kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các phân tử chất rắn rất mạnh nên giữ được các phân tử này ở các vị trí xác định và làm cho chúng chỉ có thể dao động xung quanh các vị trí cân bằng xác định này. Do đó, các vật rắn có thể tích và hình dạng riêng xác định.
Thể lỏng được coi là trung gian giữa thể khí và thể rắn.
Lực tương tác giữa các phân tử ở thể lỏng lớn hơn lực tương tác giữa các phân tử ở thể khí nên giữ được các phân tử không chuyển động phân tán ra xa nhau. Nhờ đó, chất lỏng có thể tích riêng xác định. Tuy nhiên, lực này chưa đủ lớn như trong chất rắn để giữ các phân tử ở những vị trí xác định. Các phân tử ở thể lỏng cũng dao động xung quanh các vị trí cân bằng, nhưng những vị trí này không cố định mà di chuyển. Do đó chất lỏng không có hình dạng riêng mà có hình dạng của phần bình chứa nó.
Trong vật lí “thể” còn gọi là "trạng thái cấu tạo chất" hoặc “pha”.
Từ "khí” (gas) trong ngôn ngữ của nhiều nước cháu Âu có nguồn gốc từ chữ Hì Lạp “khaos", có nghĩạ là “hỗn loạn
II - THUYẾT ĐÔNG HỌC PHÂN TỪ CHẤT KHÍ 1. Nội dung co bàn của thuyết động học phân tử chất khí
Thuyết động học phân tử chất khí ra đời vào những năm đầu của thế kỉ XVIII. Sau đây là những nội dung cơ bản của thuyết.
Hình 28.5. Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn theo mọi hướng.
Chất khí được cấu tạo từ các phân tử riêng rẽ, có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng.
Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng ; chuyển động này càng nhanh thì nhiệt độ chất khí càng cao.
Khi chuyển động hỗn loạn, các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình.
Mỗi phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực không đáng kể, nhưng vô số phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực đáng kể. Lực này gây áp suất của chất khí lên thành bình.
Hình 28.6. Các phân tử va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình.
2. Khí lí tuòng
Vì các phân tử khí ở xa nhau nên thể tích riêng của .
các phân tử khí rất nhỏ so với thể tích của bình
chứa. Vì thế để đơn giản ta có thể bỏ qua thể tích
riêng của các phân tử, coi chúng như các chất điểm.
Mặt khác, khi chưa va chạm thì lực tương tác giữa các phân tử khí rất yếu, nên cũng có thể bỏ qua.
Chất khí trong đó các phân tử được coi là các chất điểm và chỉ tưong tác khi va chạm được gọi là khí lí tưởng.
cấú tạo chất
ỏ thể khí, lực tương tác giũa các phân tử rất yếu nên các phân tử chuyển động hoàn toàn hỗn ióạn.
ở thể rắn, lục tuong tác giũa các phân tử rất mạnh nên giữ đuọc các phân tử ỏ các vị trí cân bằng xác định, làm cho chúng chì có thể dao động xung quanh các vị trí này.
Ở thể lỏng, luc tương tác giũa các phân tử lớn hơn ở thể khí nhung nhò hơn ò thể rắn, nên các phân tự dao động xung quanh các vị trí cân bằng có thế di chuyển đuợc. Thuyết động học phân tử chất khí
Chất khí được cấu tạo từ các phân từ có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giũa chúng.
Các phân từ khí chuyển động hỗn loạn không ngùng ; chuyển động này càng nhanh thì nhiệt độ chất khí càng cao.
Khi chuyển động hỗn loạn các phân tử khí va chạm vào thành bình gây áp suất lên thành bình.
Chất khí trong đó các phân từ được coi là các chất điểm và chi ỉuongtác khi va chạm gọi là khí lí tường.
BãS •
Tóm tắt nội dung về cấu tạo chất.
So sánh các thệ’ khí, lỏng, rắn về các mặt sau đây :
loại phân tử;	•
tương tác phân tử;
chuyển động phân tử.
Nêu các tính chất của chuyển động của phân tử.
Định nghĩa khí lí tưởng.
▼
Tính chất nào sau đây không phải là của phân tử ?
Chuyển động không ngừng.
Giữa các phân tử có khoảng cách.
c. Có lúc đứng yên, có lúc chuyển động.
D. Chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao.
Khi khoảng cách giữa các phân tử rất nhỏ, thì giữa các phân tử
chỉ có lực hút.
chỉ có lực đẩy.
c. có cả lực hút và lực đẩy, nhưng lực đẩy lớn hơn lực hút.
D. có cả lực hút và lực đẩy, nhưng lực đẩy nhỏ hơn lực hút.
Chọn đáp án đúng.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Tính chất nào sau đây không phải là của phân tử của vật chất ở thể khí ?
Chuyển động hỗn loạn.
Chuyển động không ngừng.
c. Chuyển động hỗn loạn và không ngừng.
D. Chuyển động hỗn loạn xung quanh các vị trí cân bằng cố định.
8. Nêu ví dụ chứng tỏ giữa các phân tử có lực hút, lực đẩy.
PLASMA
Trong lòng Mặt Trời, nhiệt độ lên tới hàng chục triệu độ. Ở nhiệt độ này vật chất không tồn tại dựới ba trạng thái cấu tạo chất thường gặp là khí, lỏng và rắn mà tồn tại dưới một trạng thái đặc biệt gọi là plasma. Trong trạng thái plasma, vật chất không tồn tại dưới dạng các nguyên tử và phân tử mà dưới dạng các ion. Trên Trái Đất, trạng thái plasma rất hiếm ; tuy nhiên, trong vũ trụ lại có tới trên 99% vật chất đang tồn tại dưới dạng plasma.
Hình 28.7. Trạng thái plasma trên Trái Đất từ một vụ nổ nhiệt hạch.
Hình 28.8 Trạng thái plasma trên Mặt Trời.