'vấn đề' là gì?
'Vật chất' là mọi thứ chiếm không gian (có thể tích) và có khối lượng. Nó tạo nên mọi thứ trong vũ trụ dưới một hình dạng hoặc hình thức nào đó; đó là tất cả mọi thứ trong vũ trụ. Nó tạo nên hành tinh của chúng ta và toàn bộ vũ trụ.
Trên Trái đất, mọi vật chất đều tồn tại ở một trong ba trạng thái khác nhau: rắn, lỏng hoặc khí.
Bạn có biết con người được cấu tạo từ cả ba trạng thái chính của vật chất?
Trạng thái tồn tại của một chất ở nhiệt độ phòng được gọi là trạng thái tiêu chuẩn. Ví dụ, ở nhiệt độ phòng nước tồn tại dưới dạng chất lỏng. Một số chất tồn tại dưới dạng khí ở nhiệt độ phòng (oxy và carbon dioxide), trong khi những chất khác, như nước, tồn tại dưới dạng chất lỏng. Hầu hết các kim loại tồn tại dưới dạng chất rắn ở nhiệt độ phòng. Thủy ngân có những đặc tính thú vị là vừa là kim loại vừa là chất lỏng ở trạng thái tiêu chuẩn.
Mỗi trạng thái này được tạo thành từ các hạt nhỏ. Trạng thái của vật chất phụ thuộc vào số lượng hạt được tạo thành.
Chất rắn
Một vật nào đó thường được mô tả là chất rắn nếu nó có thể giữ được hình dạng riêng và khó bị nén. Ví dụ, nước ở thể rắn là băng. Trong chất rắn, các phân tử được liên kết chặt chẽ với nhau và chúng có mật độ cao.
Chất lỏng
Một chất lỏng như nước có thể chảy hoặc chảy nhưng nó không thể bị kéo dãn hay bị nén lại. Trong chất lỏng, các phân tử đặc biệt gần nhau nhưng không gần nhau như chất rắn; các phân tử có khả năng di chuyển xung quanh và trượt qua nhau. Một chất lỏng không có hình dạng riêng, nó sẽ có hình dạng của vật chứa nó đang được đựng. Ví dụ về chất lỏng là nước, sữa, nước trái cây, xăng, nước chanh, v.v.
Khí ga
Khí có thể chảy, giãn nở và có thể bị nén. Nước ở dạng khí là hơi nước. Nếu nó ở trong một thùng chứa không được đậy kín thì nó sẽ thoát ra ngoài. Trong chất khí, các phân tử trải rộng hơn nhiều so với trong chất rắn hoặc chất lỏng và chúng va chạm ngẫu nhiên với nhau. Khí sẽ lấp đầy bất kỳ thùng chứa nào, nhưng nếu thùng chứa không được đậy kín thì khí sẽ thoát ra ngoài. Khí có thể được nén dễ dàng hơn nhiều so với chất lỏng hoặc chất rắn.
Thay đổi trạng thái của vật chất
Vật chất có thể tồn tại ở trạng thái rắn, lỏng hoặc khí và trạng thái của một chất có thể được xác định phần lớn bởi nhiệt độ của nó. Mỗi chất có một nhiệt độ ngưỡng duy nhất, sau đó nó sẽ thay đổi trạng thái. Sau khi vượt qua nhiệt độ ngưỡng đó, chất đó sẽ thay đổi pha, do đó làm thay đổi trạng thái của vật chất. Trong điều kiện áp suất không đổi, nhiệt độ là yếu tố chính quyết định pha của một chất.
Tùy thuộc vào nhiệt độ của nó, vật chất có thể thay đổi trạng thái. Nóng chảy, đóng băng, sôi, bay hơi, ngưng tụ, thăng hoa và lắng đọng là những cách mà vật liệu thay đổi trạng thái.
Ở nhiệt độ thấp, chuyển động phân tử giảm và các chất có ít nội năng hơn. Các phân tử sẽ chuyển sang trạng thái năng lượng thấp so với nhau và chuyển động rất ít, đó là đặc điểm của vật chất rắn. Khi nhiệt độ tăng lên, năng lượng nhiệt bổ sung được truyền vào các bộ phận cấu thành của chất rắn, gây ra chuyển động phân tử bổ sung. Các phân tử bắt đầu đẩy vào nhau và thể tích tổng thể của một chất tăng lên. Lúc này vật chất đã chuyển sang trạng thái lỏng. Trạng thái khí tồn tại khi các phân tử hấp thụ quá nhiều năng lượng nhiệt do nhiệt độ tăng lên đến mức chúng có thể tự do chuyển động xung quanh nhau ở tốc độ cao.
Nếu áp suất không đổi thì trạng thái của một chất sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào nhiệt độ mà nó tiếp xúc. Vì lý do này, đá sẽ tan nếu lấy ra khỏi tủ đông và nước sẽ sôi ra khỏi nồi nếu để ở nhiệt độ quá cao trong thời gian dài. Nhiệt độ chỉ đơn thuần là thước đo lượng năng lượng nhiệt có trong môi trường xung quanh. Khi một chất được đặt vào môi trường xung quanh có nhiệt độ khác, nhiệt sẽ được trao đổi giữa chất đó và môi trường xung quanh, khiến cả hai đạt được nhiệt độ cân bằng. Vì vậy, khi một khối băng tiếp xúc với nhiệt, các phân tử nước của nó sẽ hấp thụ năng lượng nhiệt từ bầu khí quyển xung quanh và bắt đầu chuyển động mạnh hơn, khiến nước đá tan thành nước lỏng.
Nóng chảy là quá trình biến đổi chất rắn thành chất lỏng. Khi một chất rắn được làm nóng, các hạt được cung cấp nhiều năng lượng hơn và bắt đầu dao động nhanh hơn. Ở một nhiệt độ nhất định, các hạt dao động mạnh đến mức cấu trúc trật tự của chúng bị phá vỡ. Tại thời điểm này, chất rắn tan chảy thành chất lỏng. Nhiệt độ tại đó sự thay đổi từ rắn sang lỏng xảy ra được gọi là điểm nóng chảy. Mỗi chất rắn có điểm nóng chảy cố định ở áp suất không khí bình thường. Ở áp suất không khí thấp hơn, chẳng hạn như lên núi, điểm nóng chảy sẽ giảm xuống.
Sự bay hơi là quá trình biến đổi chất lỏng thành chất khí. Nếu bạn để một ít nước vào bình có miệng rộng, bạn sẽ nhận thấy một ít nước sẽ biến mất sau một thời gian. Nước lỏng chuyển sang thể khí (hơi nước) - đây là sự bay hơi. Nó xảy ra khi một chất lỏng biến thành chất khí ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ sôi của nó. Luôn có một số hạt trong chất lỏng có đủ năng lượng để thoát ra khỏi phần còn lại để trở thành chất khí.
Ngưng tụ là quá trình biến đổi khí thành chất lỏng. Ví dụ, hơi nước trong không khí nguội đi và chuyển thành những giọt nước lỏng (sương) nhỏ trên lá và cửa sổ vào buổi sáng sau một đêm lạnh giá. Những vật lạnh hơn thường hấp thụ năng lượng từ những vật nóng hơn.
Đóng băng là quá trình biến đổi chất lỏng thành chất rắn. Nó trái ngược với sự tan chảy. Ví dụ, dung nham là đá lỏng, phun trào qua một ngọn núi lửa ở nhiệt độ cao tới 1.500 O C (2.732 O F) qua một ngọn núi lửa. Tuy nhiên, dung nham nóng đỏ nguội đi khi gặp bề mặt Trái đất và lại biến thành đá rắn.
Đun sôi - Khi một chất lỏng được làm nóng, các hạt được cung cấp nhiều năng lượng hơn. Họ bắt đầu di chuyển nhanh hơn và xa hơn. Ở một nhiệt độ nhất định, các hạt tách ra khỏi nhau và chất lỏng chuyển sang dạng khí. Đây là điểm sôi. Nhiệt độ sôi của một chất luôn bằng nhau; nó không thay đổi. Ví dụ, nước sôi khi đạt đến nhiệt độ sôi là 100°C (212°F). Đây là nhiệt độ mà nước biến thành hơi nước. Hơi nước là một loại khí vô hình. Khi chạm tới nắp, nó nguội trở lại trạng thái lỏng.
Thăng hoa là sự chuyển đổi chất rắn thành chất khí mà không trở thành chất lỏng. Ví dụ đơn giản nhất về sự thăng hoa có thể là đá khô. Đá khô là carbon dioxide rắn (CO2). Thật ngạc nhiên, khi bạn để đá khô trong phòng, nó chỉ biến thành chất khí mà không trở thành chất lỏng. Bạn đã bao giờ nghe nói về carbon dioxide lỏng chưa? Nó có thể được thực hiện, nhưng không phải trong những tình huống bình thường. Than là một ví dụ khác về hợp chất sẽ không tan chảy ở áp suất khí quyển bình thường. Nó sẽ thăng hoa ở nhiệt độ rất cao.
Sự lắng đọng là sự chuyển đổi chất khí thành chất rắn. Nó xảy ra khi một chất khí trở thành chất rắn mà không trải qua trạng thái lỏng của vật chất. Ở gần cực hơn người ta có thể nhìn thấy sương giá vào những buổi sáng mùa đông. Những tinh thể sương giá nhỏ trên cây tích tụ khi hơi nước từ không khí trở nên rắn chắc trên lá cây.
Thay đổi hóa học so với thay đổi vật lý
Điều quan trọng là phải hiểu sự khác biệt giữa những thay đổi hóa học và vật lý. Những thay đổi vật lý thường liên quan đến trạng thái vật lý của vật chất và những thay đổi hóa học xảy ra khi liên kết phân tử bị phá vỡ hoặc được tạo ra trong một phản ứng hóa học. Những thay đổi hóa học diễn ra ở cấp độ phân tử.
Không thay đổi phân tử
Kéo căng một sợi dây cao su, bơm không khí vào một quả bóng bay hoặc nghiền nát một cái lon đều là những ví dụ về những thay đổi vật lý. Đây chỉ là những thay đổi về hình dạng của các vật phẩm. Không có sự thay đổi nào về trạng thái của vật chất vì năng lượng ở cấp độ phân tử không thay đổi. Trong một sự biến đổi vật lý, không có sự thay đổi nào về phân tử xảy ra, các phân tử vẫn như cũ, không có liên kết hóa học mới nào được tạo ra hay bị phá vỡ.
Tương tự, làm tan đá viên, nước sôi hay nước lỏng đóng băng đều là những thay đổi vật lý bằng cách bổ sung thêm năng lượng. Những thay đổi về pha hoặc trạng thái của vật chất, tức là rắn sang lỏng, lỏng sang khí, lỏng sang rắn đều là những thay đổi vật lý. Các hành động vật lý như thay đổi nhiệt độ hoặc áp suất có thể gây ra những thay đổi về thể chất. Ví dụ, khi làm tan băng hoặc đóng băng nước lỏng, không có sự thay đổi hóa học nào xảy ra, các phân tử nước vẫn là phân tử nước.
Thay đổi các phân tử
Những thay đổi hóa học xảy ra ở quy mô nhỏ hơn nhiều. Trong khi một số thí nghiệm cho thấy những thay đổi hóa học rõ ràng, chẳng hạn như thay đổi màu sắc, thì hầu hết những thay đổi hóa học đều không thể nhìn thấy được. Không thể nhìn thấy sự thay đổi hóa học khi hydro peroxide (H2O2) trở thành nước vì cả hai chất lỏng đều trong suốt. Tuy nhiên, đằng sau hậu trường, hàng tỷ liên kết hóa học đang được tạo ra và phá hủy. Khi hydrogen peroxide chuyển thành nước, người ta có thể thấy bọt khí oxy (O2). Những bong bóng đó là bằng chứng của sự thay đổi hóa học.
Làm tan chảy một viên đường là một sự thay đổi vật lý vì chất đó vẫn là đường. Đốt một khối đường là một sự thay đổi hóa học. Lửa kích hoạt phản ứng hóa học giữa đường và oxy. Ôxy trong không khí phản ứng với đường và các liên kết hóa học bị phá vỡ.
Khi sắt tiếp xúc với khí oxi trong không khí, sắt sẽ bị rỉ sét. Quá trình này có thể được nhìn thấy trong một thời gian dài. Các phân tử thay đổi cấu trúc khi sắt bị oxy hóa, cuối cùng trở thành oxit sắt. Những đường ống rỉ sét trong các tòa nhà bỏ hoang là ví dụ thực tế về quá trình oxy hóa.
Thay đổi có thể đảo ngược hoặc không thể đảo ngược
Một thay đổi có thể đảo ngược là một thay đổi có thể được thay đổi lại. Ví dụ, nếu một khối băng bị tan chảy, nó sẽ trở thành nước nhưng chúng ta có thể đóng băng nó lại để trở thành khối băng để nó có thể trở lại trạng thái ban đầu. Nóng chảy và sưởi ấm là những ví dụ về những thay đổi có thể đảo ngược.
Thay đổi không thể thay đổi là thay đổi không thể thay đổi lại được. Ví dụ, nếu hỗn hợp bánh được nướng thì nó sẽ trở thành một chiếc bánh và chúng ta không thể biến nó trở lại thành một hỗn hợp. Sự thay đổi là không thể đảo ngược vì một phản ứng hóa học đã xảy ra. Đốt hoặc trộn chất lỏng với bicarbonate của soda là một ví dụ về những thay đổi không thể đảo ngược.
Ảnh chụp nhanh các điều khoản nhất định và các thay đổi giai đoạn liên quan:
Sự kết hợp/nóng chảy – Rắn thành chất lỏng
Đóng băng - Chất lỏng đến chất rắn
Hóa hơi/sôi – Chất lỏng thành khí
Ngưng tụ - Khí thành chất lỏng
Thăng hoa - Rắn thành khí
Sự lắng đọng - Khí thành chất rắn
