Mục lục bài họcĐang ở d01-b1
The particle model of the three states
Three states, three descriptions
Every description must cover the same three things: how the particles are arranged, how they move, and how strong the forces between them are.
- Solid — particles are close together in a regular arrangement; they vibrate about fixed positions; forces between them are strong. Fixed shape, fixed volume.
- Liquid — particles are still close together but randomly arranged; they move around each other; forces are weaker than in a solid. Fixed volume, takes the shape of its container.
- Gas — particles are far apart and randomly arranged; they move quickly in all directions; forces are negligible. No fixed shape or volume.
Answering with only one of the three — usually just the arrangement — is the most common way of losing marks in this chapter.
Changes of state
$$\text{solid}\ \xrightarrow{\text{melting}}\ \text{liquid}\ \xrightarrow{\text{boiling}}\ \text{gas}$$$$\text{gas}\ \xrightarrow{\text{condensing}}\ \text{liquid}\ \xrightarrow{\text{freezing}}\ \text{solid}$$Sublimation is solid changing directly to gas, as with solid carbon dioxide.
Heating gives the particles more kinetic energy, so they vibrate or move faster. At the melting point they have enough energy to overcome the forces holding them in fixed positions; at the boiling point they have enough to escape the liquid completely.
What does not change
During a change of state the particles themselves are unchanged — same size, same mass, same chemical identity. Only their arrangement, their movement and their separation change. Writing that particles "expand", "melt" or "get bigger" is a factual error, not just loose wording.
Ba trạng thái, ba phần mô tả. Mọi lời mô tả đều phải nói đủ ba điều: các hạt sắp xếp thế nào, chuyển động ra sao, và lực hút giữa chúng mạnh yếu thế nào.
- Rắn — các hạt ở sát nhau theo một trật tự đều đặn; chúng dao động quanh vị trí cố định; lực hút giữa chúng mạnh. Hình dạng và thể tích đều cố định.
- Lỏng — các hạt vẫn sát nhau nhưng sắp xếp lộn xộn; chúng trượt qua nhau; lực hút yếu hơn chất rắn. Thể tích cố định, hình dạng theo bình chứa.
- Khí — các hạt ở rất xa nhau và lộn xộn; chúng chuyển động nhanh theo mọi hướng; lực hút không đáng kể. Không cố định cả hình dạng lẫn thể tích.
Trả lời chỉ một trong ba phần — thường là chỉ nói cách sắp xếp — là cách mất điểm phổ biến nhất của chương này. Barem cho điểm riêng cho từng phần.
Sự chuyển thể.
$$\text{rắn}\ \xrightarrow{\text{nóng chảy}}\ \text{lỏng}\ \xrightarrow{\text{sôi}}\ \text{khí}$$$$\text{khí}\ \xrightarrow{\text{ngưng tụ}}\ \text{lỏng}\ \xrightarrow{\text{đông đặc}}\ \text{rắn}$$Thăng hoa là rắn chuyển thẳng thành khí, như đá khô (cacbon đioxit rắn).
Đun nóng cho các hạt thêm động năng, nên chúng dao động hoặc chuyển động nhanh hơn. Tới nhiệt độ nóng chảy, chúng đủ năng lượng để thắng lực hút giữ chúng ở vị trí cố định; tới nhiệt độ sôi, chúng đủ năng lượng để thoát hẳn khỏi chất lỏng.
Cái gì không đổi. Trong mọi lần chuyển thể, bản thân các hạt không đổi — vẫn cùng kích thước, cùng khối lượng, cùng bản chất hoá học. Chỉ có cách sắp xếp, cách chuyển động và khoảng cách giữa chúng là đổi.
Vì thế viết “phân tử nở ra”, “hạt tan ra” hay “hạt to lên” là sai về sự kiện, không phải chỉ là diễn đạt vụng — và Cambridge trừ điểm ở đúng những chữ đó.
Mô tả cách sắp xếp, chuyển động và lực hút giữa các hạt trong chất lỏng, rồi giải thích vì sao chất lỏng có thể tích cố định nhưng không có hình dạng cố định.
Ba phần mô tả.
Sắp xếp: các hạt ở sát nhau, gần như chạm nhau, nhưng không theo trật tự đều đặn — chúng xếp lộn xộn.
Chuyển động: các hạt trượt qua nhau, đổi chỗ liên tục, chứ không giữ nguyên vị trí như trong chất rắn.
Lực hút: lực giữa các hạt khá mạnh — đủ để giữ chúng lại gần nhau — nhưng yếu hơn lực trong chất rắn, nên không đủ khoá chúng ở một vị trí.
Vì sao thể tích cố định. Các hạt vẫn ở sát nhau và lực hút vẫn đủ mạnh để giữ chúng không tách rời. Không có khoảng trống đáng kể để nén vào, nên thể tích gần như không đổi.
Vì sao hình dạng không cố định. Vì các hạt trượt qua nhau được, cả khối chất lỏng có thể chảy và tự sắp lại theo hình dạng của bình chứa.
Chú ý hai câu trả lời trên dùng hai phần khác nhau của mô tả: thể tích đến từ lực hút và khoảng cách, hình dạng đến từ khả năng chuyển động. Đó là lý do barem đòi đủ ba phần — mỗi phần giải thích một tính chất khác nhau.
Một chất rắn được đun đều cho tới khi thành khí. Giải thích, theo mô hình hạt, điều gì xảy ra ở nhiệt độ nóng chảy và ở nhiệt độ sôi.
Trước khi nóng chảy. Nhiệt cấp vào làm các hạt dao động mạnh hơn quanh vị trí cố định của chúng. Nhiệt độ tăng, nhưng trật tự sắp xếp vẫn giữ nguyên.
Tại nhiệt độ nóng chảy. Các hạt đã có đủ năng lượng để thắng một phần lực hút giữ chúng ở vị trí cố định. Chúng bắt đầu trượt qua nhau — trật tự đều đặn bị phá vỡ và chất chuyển sang thể lỏng.
Trong suốt quá trình này nhiệt độ không tăng, vì toàn bộ năng lượng cấp vào dùng để phá lực hút chứ không làm hạt chạy nhanh hơn.
Giữa nóng chảy và sôi. Nhiệt lại làm các hạt chuyển động nhanh hơn, và nhiệt độ tăng trở lại.
Tại nhiệt độ sôi. Các hạt đã có đủ năng lượng để thắng hoàn toàn lực hút và thoát hẳn khỏi bề mặt chất lỏng, bay ra xa nhau. Chất chuyển sang thể khí, và nhiệt độ lại đứng yên trong suốt quá trình.
Vì sao nhiệt hoá hơi lớn hơn nhiệt nóng chảy. Nóng chảy chỉ cần nới lỏng lực hút đủ để các hạt trượt được; hoá hơi phải phá hết lực hút để các hạt tách rời hẳn. Việc thứ hai tốn nhiều năng lượng hơn nhiều — với nước là gấp gần bảy lần.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương States of Matter gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.