I - CẤU TẠO CHẤT
Nước đá, nước và hơi nước đều được cấu tạo từ cùng một loại phân tử là phân tử nước. Nhưng tại sao nước đá lại có thể tích và hình dạng riêng, nước có thể tích riêng nhưng hình dạng lại là hình dạng của bình chứa, còn hơi nước thì không có cả thể tích riêng lẫn hình dạng riêng?
1. Những điều đã học về cấu tạo chất
Ở lớp 8 chúng ta đã biết:
- Các chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt là nguyên tử, phân tử.
- Các nguyên tử, phân tử chuyển động không ngừng.
- Các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao.
Tuy nhiên, nếu các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động hỗn độn không ngừng thì tại sao vật (một hòn phấn, một cái bút chẳng hạn...) lại không rã ra thành từng nguyên tử, phân tử riêng biệt, mà cữ giữ nguyên hình dạng và thể tích của chúng?
2. Lực tương tác phân tử
Các vật có thể giữ được hình dạng và thể tích của chúng là vì giữa các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật có lực hút và lực đẩy. Độ lớn của những lực này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các nguyên tử, phân tử.
- Khi khoảng cách giữa hai phân tử là r = ro(ro có độ lớn cỡ kích thước phân tử) thì lực đẩy và lực hút có độ lớn bằng nhau, hợp lực của chúng bằng không. Các phân tử lúc này ở vị trí cân bằng.
- Khi các phân tử tiến lại gần nhan hơn (r < ro) thì lực đẩy mạnh hơn lực hút, kết quả là các phân tử đẩy nhau.
- Khi các phân tử ra xa nhau hơn (r > ro) thì lực hút lại mạnh hơn lực đẩy, kết quả là các phân lử hút nhau.
- Khi các phân lử rất xa nhau (r >> ro) thì lực tương tác giữa các phân tử là không đáng kể.
Tóm lại, các nguyên tử, phân tử đồng thời hút và đẩy nhau. Ở khoảng cách nhỏ thì lực đẩy mạnh hơn, còn ở khoảng cách lớn thì lực hút mạnh hơn. Khi khoảng cách giữa các nguyên tử phân tử rất lớn so với kích thước của chúng thì chúng coi như không tương tác với nhau.
3. Các thể rắn, lỏng, khí
Vật chất được tồn tại dưới các thể khí, thể lỏng và thể rắn.
Ta đã biết, các chất tồn tại ở các trạng tháicấu tạo chất thường gặp là: thể khí, thể lỏng và thể rắn (Hình 28.1). Sự khác nhau giữa các thể này được giải thích như thế nào?
Ở thể khí các nguyên tử, phân tử ở xa nhau (khoảng cách giữa các nguyên tử, phân tử lớn gấp hàng chục lần kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử rất yếu nên các nguyên tử, phân tử chuyển dộng hoàn toàn hỗn độn. Do đó, chất khí không có hình dạng và thể tích riêng. Chất khí luôn chiếm loàn bộ thể lích của bình chứa và có thể nén được dễ dàng (Hình 28.2).
Ở thể rắn, các nguyên tử, phân tử ở gần nhau (khoảng cách giữa các nguyên tử, phân tử chỉ vào cỡ kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử chất rắn rất mạnh nên giữ dược các nguyên tử, phân lử này ở các vị trí xác định và làm cho chúng chỉ có thể dao động xung quanh các vị trí cân bằng xác định này. Do đó các vật rắn có thể tích và hình dạng riêng xác định.
Thể lỏng được coi là trung gian giữa thể khí và thể rắn.
Lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng lớn hơn lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử chất khí nên giữ được các nguyên tử, phân tử không chuyển động phân tán ra xa nhau. Nhờ đó chất lỏng có thể tích riêng xác định. Tuy nhiên, lực này chưa đủ lớn như trong chất rắn để giữ các nguyên lử, phân tử ở những vị trí xác định. Các nguyên tử, phân tử ở thể lỏng cũng đao động xung quanh các vị trí cân bằng, nhưng những vị trí này không cố định mà di chuyển. Do đó chất lỏng không có hình dạng riêng mà có hìh dạng của phần bình chứa nó. (Hình 28.2) cho phép ta hình dung sự sắp xếp và chuyển động của phân tử ở các thể khác nhau.
Hình 28.1. Mô hình cấu tạo các chất rắn, lỏng, khí
Hình 28.2. Sự sắp xếp chuyển động phân tử
II - THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ
1. Nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí
Chất khí được cấu tạo từ các phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng.
Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng; chuyển động này càng nhanh thì nhiệt độ của chất khí càng cao
Khi chuyển động hỗn loạn các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình gây áp suất lên thành bình .(Hình 28.3)
2. Khí lí tưởng
Vì các phân tử khí ở rất xa nhau nên thể tích của bình chứa lớn hơn thể tích riêng của các phân tử rất nhiều ở áp suất l05Pa thể tích của bình chứa có thể lớn gấp hàng nghìn lần thể tích riêng của các phân tử). Vì thế, để đơn giản ta có thể bỏ qua thể tích của các phân tử, coi chúng như những chất điểm.
Mặt khác, vì lực tương tác giữa các phân tử khí rất yếu nên để đơn giản ta có thể bỏ qua lực này và coi các phân tử khí chỉ tương tác với nhau khi va chạm. Nhưng va chạm này là va chạm đàn hồi.
Chất khí trong đó các phân tử được coi là các chất điểm và chỉ tương tác với nhau khi va chạm được gọi là khí lí tưởng.
Ở áp suất thấp, áp suất nhỏ, phần lớn các chất khí thực có thể coi gần đúng là khí lí tưởng.
Khí lí tưởng đơn giản hơn khí thực nên việc xác định các tính chất của khí này dễ dàng hơn . Từ các tính chất của khí lí tưởng, ta có thể suy ra gần đúng các tính chất của khí thực.
Câu trả lời đúng nhất: Nguyên tử carbon có 4 electron hóa trị ở vòng ngoài nên có thể nên có thể đồng thời tạo bốn liên kết cộng hoá trị với các nguyên tử carbon khác, hình thành nên bộ khung carbon đa dạng với kích thước lớn và cấu hình không gian đa dạng. Nguyên tử carbon linh hoạt có thể tạo nên các phân tử có cùng số lượng nguyên tử carbon nhưng lại có đặc tính hoá học khác nhau
Để nắm rõ hơn về Nguyên tử carbon, mời các bạn tìm hiểu phần nội dung sau:
1. Carbon là gì?
Carbonlànguyên tố hóa họctrongbảng tuần hoàncó ký hiệu làCvàsố nguyên tửbằng 6,nguyên tử khốibằng 12. Là một nguyên tốphi kimcó hóa trị 4 phổ biến, carbon có nhiều dạng thù hình khác nhau, phổ biến nhất là 4 dạng thù hình gồmcarbon vô định hình,graphit,kim cươngvàQ-carbon.
Các sợi carbon là tương tự như carbon thủy tinh. Dưới các xử lý đặc biệt (kéo giãn các sợi hữu cơ và carbon hóa) nó có khả năng sắp xếp các mặt tinh thể carbon theo hướng của sợi. Vuông góc với trục của sợi không có các mặt tinh thể carbon. Kết quả là các sợi có độ bền đặc biệt cao hơn cả thép.
Carbon tồn tại đa số trong mọisự sốnghữu cơ và nó là nền tảng củahóa hữu cơ. Phi kim này còn có thuộc tính hóa học đáng chú ý là có khả năng tự liên kết với nó và liên kết với một loạt các nguyên tố khác, tạo ra gần 10 triệu hợp chất đã biết. Khi liên kết vớioxynó tạo racarbon dioxidelà rất thiết yếu đối với sự sinh trưởng củathực vật. Khi liên kết vớihydro, nó tạo ra một loạt các hợp chất gọi là cáchydrocarbonlà rất quan trọng đối với công nghiệp trong dạng của cácnhiên liệu hóa thạch. Khi liên kết với cả oxy và hydro nó có thể tạo ra rất nhiều nhóm các hợp chất bao gồm cácacid béo, là cần thiết cho sự sống, vàeste, tạo ra hương vị của nhiều loại hoa quả.
>>> Xem thêm: Các chức năng của cacbon trong tế bào là?
2. Tại sao các phân tử có cùng số lượng nguyên tử carbon nhưng lại có đặc tính hoá học khác nhau?
– Nguyên tử carbon có 4 electron hóa trị ở vòng ngoài nên có thể nên có thể đồng thời tạo bốn liên kết cộng hoá trị với các nguyên tử carbon khác, hình thành nên bộ khung carbon đa dạng với kích thước lớn và cấu hình không gian đa dạng.
– Nguyên tử carbon linh hoạt có thể tạo nên các phân tử có cấu trúc và tính chất hoá học khác nhau từ cùng một số lượng nguyên tử (cùng công thức hoá học).
3. Tính chất vật lí của carbon
- C có nhiều dạng thù hình: kim cương, than chì và C vô định hình, fuleren:
Cấu trúc của tinh thể kim cương (a), tinh thể than chì (b) và fuleren (c) như hình sau:
a. Kim cương
- Là chất tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém.
- Có cấu trúc tinh thể nguyên tử và cứng nhất trong tất cả các chất.
b. Than chì
- Là chất tinh thể màu xám đen.
- Tinh thể than chì có cấu trúc lớp nên mềm.
c. Fuleren
Fuleren gồm các phân tử C60, C70, ... Phân tử C60có cấu trúc hình cầu rỗng, gồm 32 mặt, với 60 đỉnh là 60 nguyên tử cacbon..
d.Cacbon vô định hình
Điều chế nhân tạo như than gỗ, than xương, than muội, ... có cấu tạo xốp nên hấp phụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch.
Than chìThan đá Than gỗ3. Đặc điểm của carbon không đối xứng
Các nguyên tử cacbon không đối xứng là các nguyên tử tứ diện được kết nối với bốn yếu tố khác nhau với nhau.
Cấu hình này tương tự như một ngôi sao: các chức năng carbon không đối xứng là lõi của cấu trúc và phần còn lại của các thành phần bắt đầu từ nó để tạo thành các nhánh tương ứng của cấu trúc.
Thực tế là các yếu tố không lặp lại chính nó mang lại cho sự hình thành ý nghĩa của sự bất đối xứng hoặc đối xứng. Ngoài ra, một số điều kiện phải được đáp ứng trong hiến pháp của các liên kết, được trình bày chi tiết dưới đây:
- Mỗi yếu tố phải được gắn vào carbon không đối xứng thông qua một liên kết duy nhất. Nếu nguyên tố được nối với carbon bằng liên kết đôi hoặc ba, thì carbon sẽ không còn bất đối xứng.
- Nếu một cấu trúc bất đối xứng được gắn hai lần vào một nguyên tử carbon, thì cấu trúc không đối xứng đó không thể bất đối xứng.
- Nếu một hợp chất hóa học có hai hoặc nhiều nguyên tử cacbon không đối xứng, sự hiện diện của sự vui nhộn trong cấu trúc tổng thể được gây ra.
Điều thú vị là tài sản mà các đối tượng không được trùng lặp với hình ảnh phản chiếu trong gương. Nghĩa là, cả hai hình ảnh (đối tượng thực so với sự phản chiếu) đều không đối xứng với nhau.
Do đó, nếu bạn có một cặp cấu trúc với các nguyên tử cacbon không đối xứng và mỗi thành phần của nó bằng nhau, cả hai cấu trúc không thể được đặt chồng lên nhau.
Ngoài ra, mỗi cấu trúc được gọi là đồng phân hoặc đồng phân quang. Những cấu trúc này có tính chất vật lý và hóa học giống hệt nhau, chúng chỉ khác nhau trong hoạt động quang học của chúng, đó là phản ứng mà chúng thể hiện với ánh sáng phân cực…
Với bài viết trên đây của Top lời giải về Carbon và Tại sao các phân tử có cùng số lượng nguyên tử carbon nhưng lại có đặc tính hoá học khác nhau?. Chúng tôi hi vọng các bạn sẽ có những kiến thức bổ ích để phục vụ cho việc học tập. Chúc các bạn làm bài tốt và đạt kết quả cao!