Kim cương nóng chảy ở ba nghìn năm trăm năm mươi độ C. Iốt nóng chảy ở một trăm mười tư. Cả hai đều chỉ được tạo thành từ các nguyên tử phi kim, và trong…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp
4.1
The gaseous state · Trạng thái khí
Syllabus · Chương trình
English
explain the origin of pressure in a gas in terms of collisions between gas molecules and the wall of the container
understand that ideal gases have zero particle volume and no intermolecular forces of attraction
state and use the ideal gas equation$pV = nRT$ in calculations, including in the determination of $M_r$
Tiếng Việt
giải thích nguồn gốc của áp suất trong khí dựa trên va chạm giữa các phân tử khí và thành bình chứa
hiểu rằng khí lý tưởng có thể tích hạt bằng không và không có lực liên phân tử hút
phát biểu và sử dụng phương trình khí lý tưởng$pV = nRT$ trong các phép tính, bao gồm cả việc xác định $M_r$
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
Where gas pressure comes from
Gas molecules move fast in all directions. They keep hitting — colliding 碰撞 with — the walls of their container. Each hit gives the wall a tiny push. The pressure 压强 of the gas is the overall result of these many collisions on the walls.
Ideal gases
An ideal gas 理想气体 is a simple model. We assume two things:
the particles themselves take up zero volume.
there are no intermolecular forces 分子间作用力 of attraction between the particles.
A real gas 实际气体 follows this model closely at low pressure and high temperature. It behaves least like an ideal gas at high pressure and low temperature, when the particles are squeezed close together and the forces between them start to matter.
The ideal gas equation
The ideal gas equation 理想气体方程 links pressure, volume, amount and temperature:
$$pV = nRT$$
where $p$ is the pressure in Pa, $V$ is the volume in $\text{m}^3$, $n$ is the amount in moles, $T$ is the temperature in kelvin 开尔文 (K), and $R$ is the gas constant 气体常量 ($8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$).
Always change the units first: °C to K (add 273), and $\text{cm}^3$ or $\text{dm}^3$ to $\text{m}^3$.
Worked example. Find the volume of $0.50\ \text{mol}$ of an ideal gas at $27\ ^{\circ}\text{C}$ and $100\ \text{kPa}$. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)
You can also use the equation to find a molar mass 摩尔质量. Since $n = m/M$:
$$pV = \frac{m}{M}RT \qquad\Rightarrow\qquad M = \frac{mRT}{pV}$$
This lets you work out $M_r$ from the mass (or the density) of a gas.
Worked example. A flask holds $0.96\ \text{g}$ of a gas in $600\ \text{cm}^3$ at $100\ \text{kPa}$ and $27\ ^{\circ}\text{C}$. Find the molar mass of the gas. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)
Nấu sôi biến nước lỏng thành hơi nước — một sự thay đổi giữa các trạng thái vật chất.
Nguồn gốc áp suất khí
Các phân tử khí di chuyển nhanh theo mọi hướng. Chúng liên tục va chạm — va chạm với — thành bình chứa. Mỗi lần va chạm đều đẩy thành bình một chút nhỏ. Áp suất của khí là tổng kết của vô số va chạm này lên thành bình.
Áp suất khí: các phân tử di chuyển nhanh theo mọi hướng và va chạm với thành; vô số những lực đẩy nhỏ bé cộng lại tạo nên áp suất
Khí lý tưởng
Khí lý tưởng là một mô hình đơn giản. Chúng ta giả định hai điều:
bản thân các hạt chiếm thể tích bằng không.
không có lực liên phân tử hút giữa các hạt.
Một khí thực tuân theo mô hình này khá sát ở áp suất thấp và nhiệt độ cao. Nó behaves ít giống khí lý tưởng nhất ở áp suất cao và nhiệt độ thấp, khi các hạt bị nén sát vào nhau và các lực giữa chúng bắt đầu quan trọng.
Khí lý tưởng là một mô hình: các hạt điểm không có lực hút giữa chúng. Khí thực behaves ít giống mô hình này nhất ở áp suất cao và nhiệt độ thấp, khi các hạt chật chội và kích thước thật cũng như lực hút của chúng bắt đầu quan trọng
Phương trình khí lý tưởng
Phương trình khí lý tưởng liên hệ áp suất, thể tích, lượng chất và nhiệt độ:
$$pV = nRT$$
trong đó $p$ là áp suất tính bằng Pa, $V$ là thể tích tính bằng $\text{m}^3$, $n$ là lượng chất tính bằng mol, $T$ là nhiệt độ tính bằng kelvin (K), và $R$ là hằng số khí ($8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$).
Luôn đổi đơn vị trước: °C sang K (cộng 273), và $\text{cm}^3$ hoặc $\text{dm}^3$ sang $\text{m}^3$.
Ví dụ minh họa. Tính thể tích của $0.50\ \text{mol}$ khí lý tưởng ở $27\ ^{\circ}\text{C}$ và $100\ \text{kPa}$. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)
Chuyển đổi trước: $T = 300\ \text{K}$, $p = 1.00 \times 10^{5}\ \text{Pa}$. Sau đó
Bạn cũng có thể dùng phương trình để tìm khối lượng mol. Vì $n = m/M$:
$$pV = \frac{m}{M}RT \qquad\Rightarrow\qquad M = \frac{mRT}{pV}$$
Điều này giúp bạn tính được $M_r$ từ khối lượng (hoặc mật độ) của khí.
Ví dụ minh họa. Một bình chứa $0.96\ \text{g}$ khí trong $600\ \text{cm}^3$ ở $100\ \text{kPa}$ và $27\ ^{\circ}\text{C}$. Tìm khối lượng mol của khí. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)
Chuyển đổi: $V = 6.00 \times 10^{-4}\ \text{m}^3$, $T = 300\ \text{K}$. Sau đó
describe, in simple terms, the lattice structure of a crystalline solid which is: (a) giant ionic, including sodium chloride and magnesium oxide (b) simple molecular, including iodine, buckminsterfullerene $\text{C}_{60}$ and ice (c) giant molecular, including silicon(IV) oxide, graphite and diamond (d) giant metallic, including copper
describe, interpret and predict the effect of different types of structure and bonding on the physical properties of substances, including melting point, boiling point, electrical conductivity and solubility
deduce the type of structure and bonding present in a substance from given information
Tiếng Việt
mô tả, bằng ngôn ngữ đơn giản, cấu trúc mạng tinh thể của chất rắn kết tinh là: (a) mạng ion lớn, bao gồm natri clorua và magiê oxit (b) mạng phân tử đơn, bao gồm iốt, buckminsterfullerene $\text{C}_{60}$ và nước đá (c) mạng phân tử lớn, bao gồm silicon(IV) oxit, than chì và kim cương (d) mạng kim loại lớn, bao gồm đồng
mô tả, giải thích và dự đoán ảnh hưởng của các loại cấu trúc và liên kết khác nhau lên tính chất vật lý của chất, bao gồm nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ dẫn điện và độ tan
suy luận ra loại cấu trúc và liên kết có mặt trong một chất dựa trên thông tin đã cho
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
How a substance behaves depends on how its particles are joined. There are four main structures of a crystalline solid 晶体.
Giant ionic
A giant ionic 离子晶体 structure is a huge regular lattice 晶格 of positive and negative ions 离子, held together by strong attraction in every direction. Examples are sodium chloride and magnesium oxide.
Simple molecular
A simple molecular 分子晶体 structure is made of small molecules 分子. The bonds inside each molecule are strong, but the intermolecular forces between the molecules are weak. Examples are iodine ($\text{I}_2$), fullerene 富勒烯 ($\text{C}_{60}$) and ice.
Giant molecular
A giant molecular 原子晶体 structure (also called giant covalent) is a huge network of atoms joined by strong covalent bonds 共价键. Examples are silicon(IV) oxide 二氧化硅, graphite 石墨 and diamond 金刚石.
Giant metallic
A giant metallic 金属晶体 structure is a lattice of positive metal ions in a "sea" of delocalised electrons 离域电子. An example is copper.
Physical properties
The structure decides the physical properties:
Structure
Melting/boiling point
Conducts electricity?
Solubility in water
giant ionic
high
only when molten or dissolved
usually soluble
simple molecular
low
no
usually low
giant molecular
very high
no (except graphite)
insoluble
giant metallic
high
yes (solid and molten)
insoluble
melting point 熔点 and boiling point 沸点 are high when strong forces (ionic, covalent or metallic) must be broken, and low when only weak intermolecular forces break.
electrical conductivity 导电性 needs charged particles that can move — ions that are free (when molten or dissolved) or delocalised electrons. Graphite conducts because some of its electrons are delocalised.
solubility 溶解度 in water is usually high for ionic solids and low for molecular and giant covalent solids.
You can work backwards too: from the melting point, conductivity and solubility of an unknown substance, deduce the type of structure and bonding it has.
Tiếng Việt
Thạch anh là cấu trúc cộng hóa trị khổng lồ gồm silicon và oxy.
Hành vi của một chất phụ thuộc vào cách các hạt liên kết với nhau. Có bốn loại cấu trúc chính của rắn tinh thể.
Bốn cấu trúc của rắn tinh thể — cấu trúc quyết định điểm nóng chảy, độ dẫn điện và độ tan
Ion khổng lồ
Cấu trúc ion khổng lồ là một mạng lưới lớn, đều đặn gồm các ion dương và âm, được giữ chặt bởi lực hút mạnh theo mọi hướng. Ví dụ là natri clorua và magie oxit.
Phân tử đơn giản
Cấu trúc phân tử đơn giản bao gồm các phân tử nhỏ. Các liên kết bên trong mỗi phân tử rất mạnh, nhưng lực liên phân tử giữa các phân tử thì yếu. Ví dụ là iot ($\text{I}_2$), fullerene ($\text{C}_{60}$) và băng.
Phân tử khổng lồ
Cấu trúc phân tử khổng lồ (còn gọi là cộng hóa trị khổng lồ) là một mạng lưới khổng lồ các nguyên tử được nối với nhau bằng các liên kết cộng hóa trị mạnh. Ví dụ là silicon(IV) oxit, graphite và kim cương.
Hai dạng cộng hóa trị khổng lồ của carbon: kim cương là mạng 3D cứng (rất cứng); graphite có các lớp trượt và electron dư dẫn điệnMột viên kim cương thật trong đá mẹ nó sinh ra. Toàn bộ tinh thể đó là một phân tử khổng lồ — một mạng lưới nguyên tử carbon liền mạch không bị gián đoạn, mỗi nguyên tử liên kết với bốn nguyên tử khác. Để phá vỡ nó, ta phải phá vỡ vô số liên kết cộng hóa trị mạnh, đó là lý do kim cương là vật liệu tự nhiên cứng nhất
Kim loại khổng lồ
Cấu trúc kim loại khổng lồ là mạng lưới các ion kim loại dương nằm trong "biển" các electron phân tán. Ví dụ là đồng.
Một mẩu kim loại đồng nguyên chất. Ánh bóng, cùng khả năng dẫn điện và uốn dẹt của kim loại, đều đến từ mạng lưới khổng lồ các ion đồng nằm trong biển chung các electron phân tán
Tính chất vật lý
Cấu trúc quyết định các tính chất vật lý:
Cấu trúc
Điểm nóng chảy/sôi
Dẫn điện?
Độ tan trong nước
Ion khổng lồ
cao
chỉ khi nóng chảy hoặc hòa tan
thường tan
Phân tử đơn giản
thấp
không
thường ít tan
Phân tử khổng lồ
rất cao
không (trừ graphite)
không tan
Kim loại khổng lồ
cao
có (rắn và lỏng)
không tan
điểm nóng chảy và điểm sôi cao khi phải phá vỡ các lực mạnh (ion, cộng hóa trị hoặc kim loại), và thấp khi chỉ phá vỡ các lực liên phân tử yếu.
độ dẫn điện cần các hạt mang điện có thể di chuyển — các ion tự do (khi nóng chảy hoặc hòa tan) hoặc electron phân tán. Graphite dẫn điện vì một phần electron của nó được phân tán.
độ tan trong nước thường cao đối với chất rắn ion và thấp đối với chất rắn phân tử và cộng hóa trị khổng lồ.
Bạn cũng có thể suy ngược lại: từ điểm nóng chảy, độ dẫn điện và độ tan của một chất chưa biết, hãy xác định loại cấu trúc và liên kết mà chất đó có.
Use SI units in $pV = nRT$: pressure in Pa, volume in $\text{m}^3$ ($\text{cm}^3 \times 10^{-6}$), temperature in K ($^\circ\text{C} + 273$).
State the ideal-gas assumptions (negligible molecular volume, no intermolecular forces) and when real gases deviate (high pressure, low temperature).
Link each property to structure: giant ionic (high m.p., conducts molten), giant covalent (very high m.p.), simple molecular (low m.p.), giant metallic (conducts, malleable).
Graphite conducts because each carbon has a delocalised electron; diamond does not — a favourite comparison.
Tiếng Việt
Sử dụng đơn vị SI trong $pV = nRT$: áp suất theo Pa, thể tích theo $\text{m}^3$ ($\text{cm}^3 \times 10^{-6}$), nhiệt độ theo K ($^\circ\text{C} + 273$).
Nêu các giả thiết khí lý tưởng (thể tích phân tử không đáng kể, không có lực liên phân tử) và khi nào khí thực lệch chuẩn (áp suất cao, nhiệt độ thấp).
Liên hệ từng tính chất với cấu trúc: ion khổng lồ (n.p. cao, dẫn điện khi nóng chảy), cộng hóa trị khổng lồ (n.p. rất cao), phân tử đơn giản (n.p. thấp), kim loại khổng lồ (dẫn điện, dễ biến dạng).
Graphite dẫn điện vì mỗi carbon có một electron phân tán; kim cương không — đây là so sánh kinh điển.
Interactive lessons on this topic · Bài học tương tác về chủ đề này
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Chọn một môn và trang sẽ điều hướng theo — ghi chú, tài liệu, video và bài tập đều mở ở đó.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Nhập để tìm ghi chú, bài học, mã, từ vựng và câu hỏi đề thi cũ trên mọi môn học.