Skip to content · ⁨Bỏ qua nội dung⁩

States of matter · ⁨Các trạng thái của vật chất⁩

A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · Topic 4 · ⁨Chủ đề 4⁩

Video lesson for this topic · ⁨Bài học video cho chủ đề này⁩ Open the video page · ⁨Mở trang video⁩
7:31

Các trạng thái vật chất

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
  1. explain the origin of pressure in a gas in terms of collisions between gas molecules and the wall of the container
  2. understand that ideal gases have zero particle volume and no intermolecular forces of attraction
  3. state and use the ideal gas equation $pV = nRT$ in calculations, including in the determination of $M_r$
Tiếng Việt
  1. giải thích nguồn gốc của áp suất trong khí dựa trên va chạm giữa các phân tử khí và thành bình chứa
  2. hiểu rằng khí lý tưởng có thể tích hạt bằng không và không có lực liên phân tử hút
  3. 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 $100\ \text{kPa}$. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)

Convert first: $T = 300\ \text{K}$, $p = 1.00 \times 10^{5}\ \text{Pa}$. Then

$$V = \frac{nRT}{p} = \frac{0.50 \times 8.31 \times 300}{1.00 \times 10^{5}} = 0.0125\ \text{m}^3\ (= 12.5\ \text{dm}^3).$$

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. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)

Convert: $V = 6.00 \times 10^{-4}\ \text{m}^3$, $T = 300\ \text{K}$. Then

$$M = \frac{mRT}{pV} = \frac{0.96 \times 8.31 \times 300}{(1.00 \times 10^{5})(6.00 \times 10^{-4})} \approx 40\ \text{g mol}^{-1}.$$
Tiếng Việt
Hơi nước bốc lên từ nước đang sôi
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.

Các hạt chuyển động nhanh bên trong một hộp, mỗi hạt có mũi tên vận tốc, một số đang đánh vào thành và được đánh dấu bằng ngôi sao va chạm
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.

Hai hộp: bên trái là khí lý tưởng gồm các hạt điểm nhỏ li ti với mũi tên vận tốc và không có lực; bên phải là khí thực ở áp suất cao và nhiệt độ thấp với các hạt lớn hơn, chật chội, nối với nhau bằng các đường nét đứt biểu thị lực hút
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

$$V = \frac{nRT}{p} = \frac{0.50 \times 8.31 \times 300}{1.00 \times 10^{5}} = 0.0125\ \text{m}^3\ (= 12.5\ \text{dm}^3).$$

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

$$M = \frac{mRT}{pV} = \frac{0.96 \times 8.31 \times 300}{(1.00 \times 10^{5})(6.00 \times 10^{-4})} \approx 40\ \text{g mol}^{-1}.$$
Explore · ⁨Khám phá⁩

The gaseous state · ⁨Trạng thái khí⁩

p = k / V

Boyle's law: at constant temperature pressure ∝ 1/volume. · ⁨Định luật Boyle: ở nhiệt độ không đổi, áp suất ∝ 1/thể tích.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
collide/kəˈlaɪd/ va chạm
pressure/ˈpreʃə/ áp suất
ideal gas/aɪˈdɪəl ɡæs/ chất khí lý tưởng
intermolecular forces/ˌɪntəməˈlekjʊlə ˈfɔːsɪz/ lực phân tử
real gas/rɪəl ɡæs/ chất khí thực
ideal gas equation/aɪˈdɪəl ɡæs ɪˈkweɪʒn/ phương trình khí lý tưởng
kelvin/ˈkelvɪn/ kelvin
gas constant/ɡæs ˈkɒnstənt/ hằng số khí
molar mass/ˈməʊlə mæs/ khối lượng mol
crystalline solid/ˈkrɪstəlaɪn ˈsɒlɪd/ rắn tinh thể
giant ionic/ˈdʒaɪənt aɪˈɒnɪk/ mạng tinh thể ion lớn
lattice/ˈlætɪs/ mạng tinh thể
4.2

Bonding and structure · ⁨Liên kết và cấu trúc⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English
  1. 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
  2. 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
  3. deduce the type of structure and bonding present in a substance from given information
Tiếng Việt
  1. 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
  2. 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
  3. 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
Một cụm tinh thể thạch anh
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 khung hình: mạng lưới ion khổng lồ xen kẽ ion dương và âm, các phân tử riêng lẻ, mạng liên kết cộng hóa trị, và ion kim loại trong biển electron
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.

Bên trái là nút kim cương với mỗi carbon liên kết với bốn nguyên tử khác; bên phải là graphite dưới dạng các lớp lục giác xếp chồng lên nhau do lực yếu
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 điện
Tinh thể kim cương dạng bát diện thô
Một 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.

Mảnh đồng dạng viên tròn với ánh kim loại đỏ cam sáng bóng và những chấm xanh lá nhỏ do bị ôxi hóa
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.

Explore · ⁨Khám phá⁩

Giant structure lab · ⁨Phòng thí nghiệm cấu trúc mạng khổng lồ⁩

Compare giant structures by particles and bonding. · ⁨So sánh các cấu trúc mạng khổng lồ dựa trên hạt và liên kết.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
ion/ˈaɪɒn/ ion
simple molecular/ˈsɪmpl məˈlekjʊlə/ đơn phân tử
molecule/ˈmɒlɪkjuːl/ phân tử
fullerene/ˈfʊləren/ fullerene
giant molecular/ˈdʒaɪənt məˈlekjʊlə/ phân tử khổng lồ
covalent bonds/ˈkəʊvələnt bɒndz/ liên kết cộng hóa trị
silicon(IV) oxide/ˈsɪlɪkən ˈɒksaɪd/ silicon(IV) oxide
graphite/ˈɡræfaɪt/ than chì
diamond/ˈdaɪəmənd/ kim cương
giant metallic/ˈdʒaɪənt məˈtælɪk/ mạng tinh thể kim loại lớn
delocalised electrons/dɪˈlɒkəlaɪzd ɪˈlektrɒnz/ electron phân tán
melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ nhiệt độ nóng chảy
boiling point/ˈbɔɪlɪŋ pɔɪnt/ điểm sôi
electrical conductivity/ɪˈlektrɪkl kɒndəkˈtɪvɪti/ dẫn điện
solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/ độ tan
4.2

Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

English
  • 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.⁩

Past Papers · ⁨Đề thi cũ⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · ⁨Nhiều chủ đề hơn trong A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨Đăng nhập hoặc tạo tài khoản⁩

IGCSE, A-Level & AP