Chương VII: Sự chuyển thể: nóng chảy, đông đặc, hóa hơi, ngưng tụ
Chương VII: Độ ẩm không khí là gì? vai trò của độ ẩm không khí
Sự chuyển thể của các chất là quá trình biến đổi của vật chất từ trạng thái (rắn, lỏng, khí) sang trạng thái khác.
Chương VII: Sự chuyển thể: nóng chảy, đông đặc, hóa hơi, ngưng tụ
1/ Sự nóng chảy và sự đông đặc
Sự nóng chảy xảy ra đối với chất rắn khi nhiệt độ tăng lên đủ lớn, chất rắn sẽ chuyển trạng thái thành chất lỏng.
Nước đá ở trạng thái rắn bị tan chảy chuyển sang trạng thái lỏng ở điều kiện nhiệt độ T > 0oC
Ngược lại với sự nóng chảy, ở điều kiện áp suất cố định, khi nhiệt độ giảm xuống chất lỏng đông đặc lại (chuyển từ thể lỏng sang thể rắn)
Bong bóng nước (thể lỏng) bị đóng băng khi nhiệt độ môi trường xuống dưới 0oC.
Ngoài nhiệt độ, áp suất cùng của môi trường xung quanh cũng ảnh hưởng đến sự nóng chảy của chất rắn hay ngưng tụ của chất lỏng.
Giải thích nguyên nhân dẫn đến sự nóng chảy hoặc đông đặc của nước:
Ở cùng điều kiện áp suất không đổi, các phân tử nước trong trạng thái rắn (nước đá) dao động nhiệt ổn định xung quanh các vị trí cân bằng tạo thành các mạng liên kết giữ cho hình dạng riêng của nước đá ổn định.
Khi tăng nhiệt độ mạng liên kết giữ cho nước đã ở trạng thái rắn bị phá vỡ làm cho nước đá bị tan chảy và chuyển dần sang thể lỏng.
Khi tăng nhiệt độ, chuyển động nhiệt của các phân tử nước đá tăng và trở nên hỗn loạn hơn khiến các nút mạng liên kết giữ ổn định hình dạng của nước đá ở trạng thái rắn bị phá vỡ, nước đá bắt đầu tan ra và chuyển dần sang thể lỏng có thể tích riêng nhưng hình dạng không xác định.
Trong trường hợp ngược lại, khi nhiệt độ giảm xuống, chuyển động nhiệt của các phân tử nước (chất lỏng) bắt đầu chậm lại, các phân tử tiến lại gần nhau hơn và hình thành mạng liên kết bền vững giữ cho nước có hình dạng riêng xác định (chuyển sang thể rắn).
Sự nóng chảy và đông đặc của các chất rắn khác giải thích tương tự.
Các chất rắn kết tinh (kim loại, than chì, kim cương …) ở áp suất cố định đều có nhiệt độ nóng chảy xác định, các chất rắn vô định hình (thủy tinh, nhựa …) không có nhiệt độ nóng chảy xác định.
2/ Sự bay hơi và sự ngưng tụ:
Tại bề mặt của chất lỏng khi nhận được năng lượng đủ lớn (năng lượng nhiệt, năng lượng gió …) các phân tử chất lỏng ở bề mặt có động năng đủ lớn để thoát khỏi lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng (bên trong lòng chất lỏng) thoát ra ngoài môi trường tạo thành phân tử khí.
Ngược lại các phân tử chất khí ở gần bề mặt chất lỏng bị lực liên kết của các phân tử ở gần bề mặt hút vào trong lòng chất lỏng tạo thành phân tử chất lỏng.
Sau mỗi đơn vị thời gian nếu số phân tử chất lỏng thoát ra khỏi bề mặt chất lỏng nhiều hơn số phân tử chất khí bị hút vào trong chất lỏng thì ta nói chất lỏng bị bay hơi, ngược lại thì ta gọi là sự ngưng tụ.
Đối với lượng khí xác định ở áp suất xác định tốc độ bay hơi lớn hơn tốc độ ngưng tụ thì hơi bay ra được gọi là hơi khô, nếu tốc độ bay hơi bằng tốc độ ngưng tụ thì hơi bay ra được gọi là hơi bão hòa.
Ví dụ về sự bay hơi và sự ngưng tụ
khi đạt đến nhiệt độ 100oC nước bắt đầu bay hơi (sự chuyển thể từ lỏng sang khí của chất lỏng)
ở Việt Nam vào những ngày trời nồm, không khí chứa nhiều hơi nước (hơi ẩm). Sự trênh lệch nhiệt độ giữ nền nhà và lớp không khí bao quanh khiến hơi nước trong không khí bị ngưng tụ tạo thành những hạt nước nhỏ gây ẩm ướt cho nền nhà. Để giảm thiểu hiện tượng này trong những ngày trời nồm bạn nên đóng kín cửa.
Khi đêm xuống nhiệt độ trong không khí giảm, hơi nước trong không khí ngưng tụ lại thành những giọt sương.
3/ Sự sôi và các đặc điểm của sự sôi
Sự sôi: là sự chuyển thể của chất lỏng sang chất khí không chỉ xảy ra ở bề mặt của chất lỏng mà còn xảy ra cả ở trong lòng chất lỏng
Đặc điểm của sự sôi:
- Trong quá trình sôi nhiệt độ của chất lỏng không đổi
- Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc vào áp suất