Cấu trúc của chất và sự chuyển thể

Chọn cặp đặc điểm đúng cho chất ở thể lỏng: (a) phân tử sắp xếp theo lưới tinh thể, đứng yên; (b) phân tử ở gần nhau, trượt qua nhau, có thể tích riêng nhưng hình dạng theo bình; (c) phân tử cách xa nhau, bay tự do; (d) phân tử ở gần nhau, chỉ dao động quanh một vị trí cố định.

Giải. (a) sai vì phân tử không đứng yên; đó cũng là mô tả không đúng của thể rắn. (b) đúng. (c) là thể khí. (d) là thể rắn. Đáp án: (b).

Coi mỗi phân tử chiếm một khối lập phương có cạnh bằng khoảng cách trung bình giữa hai phân tử kề nhau. Một mol khí ở điều kiện chuẩn chiếm $22{,}4$ lít; một mol nước lỏng ($18$ g, khối lượng riêng $1000\ \text{kg/m}^3$) chiếm $18\ \text{cm}^3$. Lấy $N_A = 6{,}02\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$. So sánh khoảng cách trung bình giữa các phân tử.

Giải. Thể tích mỗi phân tử khí chiếm: $\dfrac{22{,}4\cdot10^{-3}}{6{,}02\cdot10^{23}}\approx3{,}72\cdot10^{-26}\ \text{m}^3$, nên khoảng cách $d_k\approx\sqrt[3]{3{,}72\cdot10^{-26}}\approx3{,}3\cdot10^{-9}\ \text{m}$. Với nước lỏng: $\dfrac{18\cdot10^{-6}}{6{,}02\cdot10^{23}}\approx2{,}99\cdot10^{-29}\ \text{m}^3$, nên $d_l\approx3{,}1\cdot10^{-10}\ \text{m}$. Tỉ số $d_k/d_l\approx10{,}7$: khoảng cách ở thể khí gấp khoảng $11$ lần, còn thể tích chiếm chỗ gấp hơn $1200$ lần. Đó là lí do khí dễ nén còn lỏng thì không.

Đun cốc nước đá bằng bếp công suất ổn định, nhiệt kế chỉ $0\,^\circ\text{C}$ trong suốt thời gian đá tan. Giải thích.

Giải. Trong lúc đá tan, nhiệt cấp vào được dùng để phá vỡ lưới tinh thể nước đá, tức làm tăng thế năng tương tác giữa các phân tử khi chúng chuyển từ sắp xếp có trật tự sang trượt qua nhau. Động năng chuyển động nhiệt trung bình của phân tử không đổi nên nhiệt độ giữ $0\,^\circ\text{C}$. Khi đá tan hết, nhiệt cấp thêm làm tăng động năng nên nhiệt độ mới tăng.

Quần áo ướt phơi ngoài trời gió ở nhiệt độ $28\,^\circ\text{C}$ khô dần. Đó là bay hơi hay sôi? Vì sao gió làm khô nhanh hơn?

Giải. Bay hơi, vì xảy ra ở $28\,^\circ\text{C}$, thấp hơn nhiều nhiệt độ sôi của nước và chỉ ở bề mặt. Gió cuốn các phân tử hơi nước đi, nên ít phân tử quay lại mặt nước hơn: tốc độ bay hơi tăng.

Xét các phát biểu về chất khí: (a) khoảng cách giữa các phân tử rất lớn so với kích thước phân tử; (b) các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng; (c) lực tương tác giữa các phân tử khí bằng không vào mọi lúc; (d) chất khí không có thể tích riêng.

Giải. (a) đúng; (b) đúng; (c) sai: lực tương tác rất yếu khi ở xa nhưng đáng kể khi hai phân tử va chạm (lực đẩy), nên không bằng không "mọi lúc"; (d) đúng: khí choán hết thể tích bình chứa.