Khởi động (trang 5) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 1: Hãy dựa trên những kiến thức đã học về cấu tạo chất để giải thích tại sao cùng một chất lại có thể tồn tại ở các thể khác nhau là rắn, lỏng, khí
Trả lời:
- Chúng ta thường biết có 3 trạng thái của vật chất gồm rắn, lỏng và khí, các nguyên tử trong chất rắn dày đặc hơn chất lỏng và các nguyên tử trong chất lỏng lại dày đặc hơn chất khí. Nhiệt độ có thể ảnh hưởng việc tồn tại ở các thể của vật chất
+ Ví dụ: Các thí nghiệm cho thấy rằng khi nhiệt độ >4°C, các phân tử nước chuyển động mạnh, vì thế các liên kết H bị bẻ gãy khi các phân tử nước va chạm vào nhau do chuyển động nhiệt và lực hút tĩnh điện. Điều này có nghĩa là các liên kết Hydro không đủ mạnh để giữ các phân tử nước lại với nhau. Nhưng khi nhiệt độ hạ xuống <4°C, các phân tử nước di chuyển chậm lại đủ để các liên kết Hydro kết nối với nhau, vì vậy cấu trúc phân tử nước thay đổi tạo thành mạng lưới.
I. Mô hình động học phân tử về cấu tạo chất
Hoạt động 1 (trang 5) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 1: Trong lịch sử phát triển của khoa học, có hai quan điểm khác nhau về cấu tạo chất là quan điểm chất có cấu tạo liên tục và chất có cấu tạo gián đoạn. Mô hình động học phân tử được xây dựng trên quan điểm nào?
Trả lời:
- Mô hình động học phân tử được xây dựng trên quan điểm chất có cấu tạo gián đoạn.
Hoạt động 2 (trang 5) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 1: Năm 1827, khi làm thí nghiệm quan sát các hạt phấn hoa rất nhỏ trong nước bằng kính hiển vi, Brown thấy chúng chuyển động hỗn loạn, không ngừng. (Hình 1.1 và Hình 1.2). Chuyển động này được gọi là chuyển động Brown.
a) Tại sao thí nghiệm của Brown được coi là một trong những thí nghiệm chứng tỏ các phân tử chuyển động hỗn loạn, không ngừng?
b) Làm thế nào để với thí nghiệm của Brown có thể chứng tỏ được khi nhiệt độ của nước càng cao thì các phân tử nước chuyển động càng nhanh?
Trả lời:
a) Vì trong thí nghiệm của Brown khi quan sát chuyển động của các hạt phấn hoa thấy các hạt phấn chuyển động hỗn độn, không ngừng.
b) Để với thí nghiệm của Brown có thể chứng tỏ được khi nhiệt độ của nước càng cao thì các phân tử nước chuyển động càng nhanh, ta có thể:
- Cho các hạt phấn hoa vào nước ấm hoặc đun nước đã chứa các hạt phấn hoa để tăng nhiệt độ của nước và quan sát qua kính hiển vi.
- Cho các hạt phấn hoa vào nước lạnh hoặc làm lạnh nước đã chứa các hạt phấn hoa và quan sát qua kính hiển vi.
Hoạt động 3 (trang 5) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 1: Hãy tìm các hiện tượng thực tế chứng tỏ giữa các phân tử có lực đẩy, lực hút.
Trả lời:
- Các hiện tượng thực tế chứng tỏ giữa các phân tử có lực đẩy, lực hút:
+ Ví dụ về lực hút giữa các phân tử: cho hai thỏi chì có mặt nhẵn tiếp xúc với nhau thì chúng hút nhau (vì khi đó khoảng các giữa các phân tử ở 2 mặt gần nhau)
+ Cho chất khí nhốt vào một xilanh rồi đẩy pittông nén lại. Ta chỉ nén khối khí đến một thể tích nào đó thôi vì khi đó lực đẩy giữa các phân tử là rất lớn, chống lại lực nén của pittông.
II. Cấu trúc của chất rắn, chất lỏng và chất khí
Hoạt động 1 (trang 7) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 1: Hãy dựa vào Hình 1.3 để mô tả, so sánh khoảng cách và sự sắp xếp (a), chuyển động (b) của phân tử ở các thể khác nhau. Từ đó mô tả một cách sơ lược về cấu trúc của chất rắn, chất lỏng, chất khí.
Trả lời:
Mô tả:
- Khoảng cách: Hình a của thể khí các phân tử có khoảng cách xa nhau, và sắp xếp không có trật tự. Hình a của thể rắn thì các phân tử có khoảng cách rất gần nhau và sắp xếp rất trật tự. Hình a của thể lỏng thì các phân tử có khoảng cách vừa phải, sắp xếp không trật tự.
- Chuyển động: Hình a của thể khí thì các phân tử chuyển động vô cùng hỗn loạn, không theo một trật tự nào cả. Hình a của thể rắn thì các phân tử chuyển động chậm, có trật tự và chỉ dao động xung quanh một vị trí xác định. Hình a của thể lỏng thì các phân tử chuyển động vừa phải, nó dao động quanh các vị trí cân bằng nhưng không cố định mà nó di chuyển.
+ Cấu trúc của chất 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 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. Vì thế, các vật rắn có thể tích và hình dạng riêng xác định.
+ Cấu trúc của chất lỏng: lực tương tác các phân tử ở thể lỏng lớn hơn lực tương tác ở thể khí nên nó không chuyển động hỗn loạn như thể khí và lực tương tác các phân tử ở thể lỏng cũng nhỏ hơn lực tương tác các phân tử ở thể khí nên nó không thể giữ các phân tử ở những vị trí xác định như thể rắn được mà nó sẽ dao động xung quanh các vị trí cân bằng nhưng không cố định mà di chuyển.
+ Cấu trúc của chất 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. Vì thế, chất khí không có hình dạng và thể tích riêng. Chất khí chiếm toàn bộ thể tích của bình chứa và có thể nén được dễ dàng.
Hoạt động 2 (trang 7) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 1: Hãy giải thích các đặc điểm sau đây của thể khí, thể rắn, thể lỏng.
a) Chất khí không có hình dạng và thể tích riêng, luôn chiếm toàn bộ thể tích bình chứa và có thể nén được dễ dàng.
b) Vật ở thể rắn có thể tích và hình dạng riêng, rất khó nén.
c) Vật ở thể lỏng có thể tích riêng nhưng không có hình dạng riêng.
a) 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. 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.
b) Ở 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, rất khó nén.
c) 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.
III. Sự chuyển thể
Câu hỏi (trang 8) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 1: Tại sao khi bay hơi nhiệt độ của chất lỏng giảm?
Trả lời:
- Khi một chất lỏng bay hơi, các phân tử trong chất lỏng chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi. Quá trình này đòi hỏi một lượng năng lượng để vượt qua sức hấp dẫn giữa các phân tử và thoát ra khỏi bề mặt của chất lỏng
- Trong quá trình bay hơi, một số phân tử có năng lượng đủ cao để vượt qua mức năng lượng cần thiết và thoát ra khỏi bề mặt của chất lỏng. Khi chúng thoát ra, chúng mang theo năng lượng từ môi trường xung quanh, làm giảm nhiệt độ trung bình của chất lỏng. Điều này xảy ra do sự ngộp lượng nhiệt (hoặc năng lượng) mà các phân tử mất đi khi thoát ra khỏi bề mặt của chất lỏng. Do đó, nhiệt độ trung bình của chất lỏng giảm.
Hoạt động 1 (trang 8) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 1: Hãy dựa vào đồ thị ở Hình 1.5 để mô tả sự thay đổi nhiệt độ của nước khi được đun từ 20°C tới khi sôi.
Trả lời:
- Trong khoảng thời gian từ lúc bắt đầu đun đến thời điểm t1 thì nhiệt độ của nước tăng nhanh đạt đến 100oC. Trong khoảng thời gian sôi từ t1 đến t2 nhiệt độ của nước không thay đổi vẫn giữ ở nhiệt độ 100oC.
Hoạt động 2 (trang 8) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 1: Khi nước đang sôi thì năng lượng mà nước nhận được từ nguồn nhiệt có được chuyển hoá thành động năng của các phân tử nước không? Tại sao?
Trả lời:
- Khi nước đang sôi thì năng lượng mà nước nhận được từ nguồn nhiệt có được chuyển hoá thành động năng của các phân tử nước vì: nước đang sôi, nhiệt độ của nước không đổi, nhiệt lượng do bếp cung cấp lúc này được dùng chủ yếu để biến thể lỏng sang thể hơi đó là là sự bốc hơi của nước và nhiệt lượng lúc này không làm tăng nhiệt độ của nước.
Hoạt động 3 (trang 9) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 1: Tại sao chất rắn kết tinh khi được đun nóng có thể chuyển thành chất lỏng?
Trả lời:
- Khi một chất rắn được đun nóng đến một nhiệt độ nhất định gọi là nhiệt độ nóng chảy, năng lượng nhiệt được cung cấp có thể vượt qua năng lượng cần thiết để vượt qua lực liên phân tử giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể của chất rắn. Khi điều này xảy ra, các phân tử trong chất rắn bắt đầu di chuyển với độ tự do hơn, làm cho cấu trúc tinh thể bị phá vỡ và chất rắn chuyển thành chất lỏng
- Quá trình này được gọi là quá trình nóng chảy. Trong quá trình nóng chảy, một phần năng lượng nhiệt được sử dụng để vượt qua lực liên phân tử, còn phần khác được sử dụng để tạo ra động năng cho các phân tử trong chất rắn, làm cho chúng có thể di chuyển độc lập và tự do hơn
- Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, chất lỏng có thể tiếp tục hấp thụ nhiệt độ và chuyển thành dạng hơi trong quá trình gọi là sự bay hơi
Hoạt động 4 (trang 9) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 1:
a) Hãy dựa vào Hình 1.7 để mô tả quá trình nóng chảy của chất kết tinh.
b) Giải thích tại sao khi đang nóng chảy, nhiệt độ của chất rắn kết tinh không tăng dù vẫn nhận được nhiệt năng. Năng lượng mà chất rắn kết tinh nhận được lúc này dùng để làm gì?
Trả lời:
a) Ở giai đoạn a: Nhiệt độ đang tăng dần nhưng chất rắn vẫn giữ được hình dạng ban đầu ở thể rắn, đến khi đạt một nhiệt độ xác định tC thì bắt đầu nóng chảy, chuyển dần từ thể rắn sang thể lỏng.
- Ở giai đoạn b: Chất rắn chuyển dần từ thể rắn sang thể lỏng đồng thời nhiệt độ nóng chảy không đổi.
- Ở giai đoạn c: Chất rắn chuyển hoàn toàn sang thể lỏng, và nhiệt độ lại bắt đầu tăng để tiếp tục dần sang giai đoạn sôi của chất lỏng.
b) Khi đang nóng chảy nhiệt độ của chất rắn kết tinh không tăng dù vẫn nhận được nhiệt năng. Năng lượng mà chất rắn kết tinh nhận được lúc này dùng để chuyển hoá thành động năng cho các phân tử, phá vỡ sự liên kết giữa chúng để chuyển hoàn toàn chất rắn từ thể rắn sang thể lỏng.