Bài 5. Thuyết động học phân tử chất khí

1. CHUYỂN ĐỘNG BROWN

Ở chương 1 chúng ta đã biết các phân tử cấu tạo nên vật chất luôn chuyển động nhiệt. Bằng chứng nào chứng tỏ các phân tử chuyển động nhiệt và đặc điểm của chuyển động nhiệt là gì?

Năm 1827, Robert Brown (Rô-bớt Bờ-rao) (1773-1858) làm thí nghiệm để quan sát chuyển động nhiệt của các hạt phấn hoa trong một cốc chứa nước bằng kính hiển vi. Kết quả cho thấy, các hạt phấn hoa luôn chuyển động hỗn loạn, không ngừng có quỹ đạo là những đường gấp khúc bất kì (Hình 5.2a). Nhiệt độ càng cao, các hạt phấn hoa chuyển động càng nhanh. Chuyển động này được gọi là chuyển động Brown.

Giải thích chuyển động Brown: Các phân tử nước không đứng yên mà chuyển động nhiệt hỗn loạn, không ngừng. Trong khi chuyển động, các phân tử nước va chạm với các hạt phấn hoa từ nhiều phía (Hình 5.2b). Các va chạm này không cân bằng nhau làm cho các hạt phấn hoa chuyển động hỗn loạn, không ngừng. Do đó, quỹ đạo của hạt phấn hoa có dạng gấp khúc và không theo quy luật.

Khi nhiệt độ càng cao, các phân tử nước chuyển động càng nhanh, va đập vào các hạt phấn hoa càng mạnh, làm các hạt phấn hoa chuyển động càng nhanh.

Ngoài ra, chuyển động Brown cũng được quan sát trong môi trường chất khí như các hạt bụi lơ lửng trong không khí.

Chuyển động Brown là chuyển động hỗn loạn, không ngừng, có quỹ đạo là những đường gấp khúc bất kì của các hạt nhẹ trong chất lỏng và chất khí.

Chuyển động Brown chứng tỏ các phân tử chất khí chuyển động hỗn loạn, không ngừng.

Nhiệt độ càng cao, các phân tử khí chuyển động càng nhanh.

2. CHẤT KHÍ

Tính chất của chất khí

Từ quan sát và các phép đo thực nghiệm, các nhà khoa học đã rút ra một số tính chất của chất khí như sau:

Chất khí:

- Có hình dạng và thể tích của bình chứa nó.

- Có khối lượng riêng nhỏ hơn nhiều so với chất lỏng và chất rắn.

- Dễ bị nén.

- Gây ra áp suất lên thành bình chứa nó. Khi nhiệt độ tăng, áp suất khí tác dụng lên thành bình tăng.

Lượng chất

Lượng chất chứa trong một vật được xác định dựa vào số phân tử được chứa trong vật đó. Đơn vị đo lượng chất là mol và được định nghĩa như sau:

Mol là lượng chất trong đó chứa số phân tử (hoặc nguyên tử) bằng

\(N_A\approx6,02.10^{23}mol^{-1}\)

\(N_A\) được gọi là số Avogadro (số phân tử trong 1 mol chất).

Mol là một trong 7 đơn vị cơ bản trong hệ SI đã được giới thiệu trong chương trình Vật lí 10.

Khối lượng mol của một chất là khối lượng của 1 mol chất đó, được kí hiệu là M.

Như vậy, nếu một mẫu vật chất có khối lượng m. chứa N phân tử thì số mol n của mẫu vật đó được xác định:

\(n=\dfrac{N}{N_A}=\dfrac{m}{M}\)

3. THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ

Từ mô hình động học phân tử (trình bày ở Bài 1) và các kết quả thực nghiệm liên quan đến chất khí, các nhà khoa học đã rút ra những đặc điểm chung nhất về chất khí, gọi là thuyết động học phân tử chất khí, gồm những nội dung chính sau:

Chất khí gồm tập hợp rất nhiều các phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách trung bình giữa chúng.

Các phần tử khí luôn chuyển động hỗn loạn, không ngừng. Nhiệt độ càng cao, các phân tử khí chuyển động càng nhanh.

Trong quá trình chuyển động, các phân tử khí va chạm với thành bình chứa, gây ra áp suất lên thành bình.