LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 12·10 / 2026

NHIET · 0135 phút

Cấu trúc của chất và sự chuyển thể

Rắn, lỏng, khí; nhiệt độ đứng yên khi chuyển thể

Mục tiêu

  • Phát biểu được ba ý của mô hình động học phân tử và dùng nó để mô tả khoảng cách, lực tương tác và chuyển động của phân tử ở thể rắn, lỏng, khí.
  • Giải thích được vì sao chất rắn có hình dạng riêng, chất lỏng chảy được nhưng khó nén, chất khí dễ nén và choán hết bình chứa.
  • Nêu đúng chiều trao đổi nhiệt của năm quá trình chuyển thể (nóng chảy, đông đặc, hoá hơi, ngưng tụ, thăng hoa) và giải thích bằng mô hình phân tử vì sao nhiệt độ không đổi trong lúc chuyển thể.
  • Phân biệt được bay hơi với sôi.

Khởi động

Cốc nước đá để trên bàn bếp, bật bếp đun. Nhiệt kế cắm trong cốc chỉ 0 ∘C0\,^\circ\text{C} rất lâu, dù bếp vẫn truyền nhiệt đều đặn vào cốc. Đến khi cục đá cuối cùng tan hết, nhiệt kế mới bắt đầu nhích lên. Nhiệt đi vào cốc suốt thời gian đó, vậy nó đi đâu mà không làm nóng nước?

Muốn trả lời, ta phải nhìn vào bên trong chất: nó gồm những gì, chúng chuyển động ra sao, và chúng "dính" vào nhau mạnh hay yếu.

01Kiến thức cần nhớ

1. Mô hình động học phân tử

Có hai bằng chứng quen thuộc cho ý 2:

  • Khuếch tán: giọt mực nhỏ vào cốc nước đứng yên vẫn loãng dần ra khắp cốc; mùi nước hoa lan khắp phòng. Các hạt tự trộn vào nhau vì chúng luôn chuyển động.
  • Chuyển động Brown: hạt phấn hoa nhỏ trong nước, nhìn dưới kính hiển vi, luôn giật đi giật lại theo những đường gấp khúc không có quy luật. Hạt phấn bị các phân tử nước vô hình va đập không đều từ mọi phía.

2. Ba thể của chất

Thể rắnThể lỏngThể khí
Khoảng cách giữa các phân tửRất gần, cỡ kích thước phân tửGần, xa hơn thể rắn một chútRất xa, cỡ hàng chục lần kích thước phân tử
Lực tương tácMạnhYếu hơn thể rắnRất yếu (chỉ đáng kể khi va chạm)
Sắp xếpCó trật tự (chất rắn kết tinh)Không có trật tự xaHỗn loạn
Chuyển độngDao động quanh vị trí cân bằng cố địnhDao động quanh vị trí cân bằng, vị trí này dời chỗ được nên trượt qua nhauBay tự do theo đường thẳng giữa hai va chạm
Thể tíchRiêngRiêngBằng thể tích bình chứa
Hình dạngRiêngTheo bình chứaTheo bình chứa
NénRất khóRất khóDễ

Mô hình này giải thích các tính chất quen thuộc:

  • Chất rắn có hình dạng riêng: phân tử dính chặt vào vị trí của mình, chỉ run tại chỗ.
  • Chất lỏng chảy được mà thể tích gần như không đổi: phân tử vẫn sát nhau (nên khó nén) nhưng đủ năng lượng để thay chỗ cho nhau (nên chảy).
  • Chất khí dễ nén, choán hết bình: các phân tử cách xa nhau và gần như không hút nhau; khoảng trống giữa chúng là chỗ để nén vào.

Để thấy khoảng cách khác nhau thế nào, xem Ví dụ 2 bên dưới.

Tương tácBa thể và chuyển động nhiệt
thể rắnmàu hạt: lạnh (xanh) đến nóng (cam)
— nóng hơn thì hạt nhanh hơn.

Kéo thanh nhiệt độ T hoặc bấm Rắn, Lỏng, Khí. Rắn: hạt rung quanh ô của mình. Lỏng: hạt sát nhau, trượt qua nhau. Khí: hạt bay khắp bình, va vào thành. Nóng hơn thì hạt nhanh hơn và màu ngả sang cam.

3. Sự chuyển thể

Một chất có thể đổi thể khi nóng lên hoặc nguội đi. Có năm quá trình:

Quá trìnhTừ → sangTrao đổi nhiệt
Nóng chảyrắn → lỏngthu nhiệt
Đông đặclỏng → rắntoả nhiệt
Hoá hơilỏng → khí (hơi)thu nhiệt
Ngưng tụkhí (hơi) → lỏngtoả nhiệt
Thăng hoarắn → khíthu nhiệt (ngược lại là ngưng kết, toả nhiệt)

Quá trình thuận và nghịch của cùng một cặp thể có cùng độ lớn nhiệt lượng (nếu cùng nhiệt độ, cùng khối lượng), chỉ ngược chiều: thu vào bao nhiêu khi nóng chảy thì toả ra bấy nhiêu khi đông đặc. Bài 5 sẽ định lượng.

4. Vì sao nhiệt độ không đổi khi chuyển thể?

Trong chất có hai loại năng lượng của phân tử: động năng của chuyển động nhiệt (quyết định nhiệt độ) và thế năng tương tác giữa các phân tử (phụ thuộc khoảng cách và sắp xếp).

Khi nước đá đang tan, nhiệt cấp vào được dùng để phá lưới tinh thể, đưa các phân tử ra xa nhau hơn và cho chúng tự do trượt: nghĩa là làm tăng thế năng tương tác. Động năng trung bình của phân tử chưa đổi, nên nhiệt độ không đổi. Chỉ khi toàn bộ đá tan hết, nhiệt cấp thêm mới làm tăng động năng của các phân tử nước, và nhiệt độ lại tăng. Khi nước sôi cũng vậy: nhiệt cấp vào dùng để kéo phân tử ra khỏi chất lỏng, thắng lực hút giữa chúng.

Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ nóng chảy hay nhiệt độ sôi. Với nước ở áp suất khí quyển chuẩn: 0 ∘C0\,^\circ\text{C} và 100 ∘C100\,^\circ\text{C}. Chất vô định hình (nhựa đường, thuỷ tinh) mềm dần khi nóng lên và không có nhiệt độ nóng chảy xác định.

RẮNLỎNGKHÍnóngđônghoángưngthăng hoa (thu nhiệt)ngưng kết (toả nhiệt)
Năm quá trình chuyển thể: mũi tên cam là thu nhiệt, mũi tên cyan là toả nhiệt

5. Bay hơi và sôi

Bay hơiSôi
Xảy ra ởbề mặt chất lỏngtrong lòng và trên bề mặt chất lỏng
Nhiệt độmọi nhiệt độmột nhiệt độ xác định (phụ thuộc áp suất)
Dấu hiệuLượng chất lỏng giảm chậmBọt khí nổi lên sủi mạnh

Bay hơi nhanh hơn khi chất lỏng nóng hơn, mặt thoáng rộng hơn, gió thổi mạnh (cuốn hơi đi), độ ẩm không khí thấp. Phân tử nhanh nhất ở bề mặt thắng được lực hút của các phân tử xung quanh và thoát ra; những phân tử còn lại chậm hơn, nên chất lỏng nguội đi (vì vậy ra mồ hôi gặp gió thì mát).

Ví dụ khác: băng khô (CO2\text{CO}_2 rắn), long não, naphtalene thăng hoa nhanh ở nhiệt độ phòng nên nhỏ dần mà không ướt.

02Tóm tắt

  • Mô hình động học phân tử: hạt có khoảng trống, chuyển động nhiệt không ngừng (nóng thì nhanh), lực hút và đẩy giữa các hạt.
  • Rắn: hạt gần, trật tự, dao động tại chỗ. Lỏng: hạt gần, trượt qua nhau. Khí: hạt xa, bay tự do, dễ nén.
  • Nóng chảy, hoá hơi, thăng hoa thu nhiệt; đông đặc, ngưng tụ, ngưng kết toả nhiệt.
  • Khi chuyển thể nhiệt độ không đổi vì nhiệt làm đổi thế năng phân tử, không đổi động năng.
  • Bay hơi: mọi nhiệt độ, bề mặt; sôi: nhiệt độ xác định, cả trong lòng.

03Mở rộng

Áp suất và nhiệt độ sôi. Nước sôi ở 100 ∘C100\,^\circ\text{C} chỉ khi áp suất là 11 atm. Trên núi cao áp suất thấp hơn nên nước sôi ở nhiệt độ thấp hơn, khó nấu chín; nồi áp suất làm ngược lại nên nấu mau chín.

Nội năng của từng thể. Cùng một khối lượng nước, nước đá ở 0 ∘C0\,^\circ\text{C} có nội năng nhỏ hơn nước lỏng ở 0 ∘C0\,^\circ\text{C} (khác nhau đúng bằng nhiệt nóng chảy), vì thế năng phân tử của đá thấp hơn.

Tiếp theoPhương pháp →