Hình 1.1: Quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng.

Hình 1.2: Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí.

Các quá trình chuyển thể này tuân theo mô hình động học phân tử:

– Vật chất được cấu tạo bởi một số rất lớn những hạt có kích thước rất nhỏ gọi là phân tử. Giữa các phân tử có khoảng cách.

– Các phân tử chuyển động không ngừng, gọi là chuyển động nhiệt. Các phân tử chuyển động nhiệt càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao.

– Giữa các phân tử có các lực tương tác (hút và đẩy).

- Ở thể khí, các phân tử ở xa nhau (khoảng cách giữa các phân tử lớn gấp hàng chục lần kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các phân tử rất yếu nên các phân tử chuyển động hoàn toàn hỗn loạn. Do đó, chất khí không có hình dạng và thể tích riêng. Chất khí luôn chiếm toàn bộ thể tích của bình chứa và có thể nén được dễ dàng.

- Ở thể rắn, các phân tử ở gần nhau (khoảng cách giữa các phân tử chỉ vào cỡ kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các phân tử chất rắn rất mạnh nên giữ được các phân tử 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, rất khó nén.

- Ở thể lỏng, lực tương tác giữa các phân tử ở thể lỏng lớn hơn lực tương tác giữa các phân tử ở thể khí nên giữ được các 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 phân tử ở những vị trí xác định. Các phân tử ở thể lỏng cũng dao 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 hình dạng của phần bình chứa nó.

Các phân tử khí nước hoa chuyển động hỗn loạn không ngừng trong không khí, chúng khuếch tán dần trong không khí một cách nhanh chóng, cho nên một lúc sau người trong phòng có thể ngửi thấy mùi nước hoa.

Các quá trình chuyển thể qua lại giữa các thể (rắn, lỏng, khí) của vật chất:

- Quá trình nóng chảy: chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng do tăng nhiệt độ.

- Quá trình đông đặc: chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn do giảm nhiệt độ.

- Quá trình sôi: chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí do tăng nhiệt độ ở áp suất cố định.

- Quá trình hóa hơi: chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi.

- Quá trình ngưng tụ: chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng do giảm nhiệt độ.

Ví dụ:

- Vào mùa hè, sau cơn mưa vào giữa trưa, trên mặt đường xuất hiện những vũng nước, khi có ánh nắng mặt trời, những vũng nước mưa này sẽ bốc hơi nhanh chóng.

- Ngược lại khi lượng hơi nước bốc lên từ sông, hồ, ao, suối… ngưng tụ lại, gặp điều kiện thích hợp về nhiệt độ, áp suất, … sẽ tạo thành mưa.

Khi các chất nóng chảy, các phân tử cấu tạo nên chất không còn giữ được sự sắp xếp trật tự, sự sắp xếp đó bị phá vỡ, các phân tử bắt đầu chuyển động có sự hỗn loạn hơn quanh một vị trí cân bằng, nhưng vị trí cân bằng đó thay đổi, nên khi đó chúng chuyển dần từ thể rắn sang thể lỏng.

- Mô tả quá trình nóng chảy của nước đá: Khi nước đá (đá lạnh) được đặt ở nhiệt độ phòng, các phân tử nước trong đá đang tồn tại ở trạng thái rắn, và chúng tạo thành mạng tinh thể cứng. Khi nhiệt độ tăng lên, đến điểm nhiệt độ nóng chảy (0°C ở áp suất tiêu chuẩn), nước đá bắt đầu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Trong quá trình nóng chảy, các liên kết giữa phân tử nước trong cấu trúc tinh thể bị đứt, và đá trở thành nước lỏng.

- Mô tả quá trình nóng chảy của thanh sô cô la: Khi thanh sô cô la (ở nhiệt độ thường) đặt trong môi trường nhiệt độ cao, thanh sô cô la bắt đầu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Quá trình nóng chảy của thanh sô cô la tương tự như nóng chảy của nước đá, tuy nhiên, điều quan trọng là nhiệt độ nóng chảy của thanh sô cô la thường cao hơn và phụ thuộc vào thành phần chất lượng và loại sô cô la.

Ban đầu chúng ở thể rắn, khi nhiệt độ bắt đầu tăng đến nhiệt độ nóng chảy thì chất rắn kết tinh bắt đầu nóng chảy, chất rắn kết tinh có nhiệt độ nóng chảy xác định, trong quá trình nóng chảy nhiệt độ đó không thay đổi. Sau khi nóng chảy hoàn toàn thì chất rắn kết tinh chuyển sang thể lỏng, và khi nhiệt độ tiếp tục tăng thì chúng sẽ chuyển sang quá trình biến đổi trạng thái khác.

Chất rắn vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định. Khi nhiệt độ tăng thì chất rắn vô định hình mềm dần và quá trình nóng chảy diễn ra liên tục.

Khi nung nóng một vật rắn kết tinh, các phân tử của vật rắn nhận được nhiệt lượng, dao động của các phân tử mạnh lên, biên độ dao động tăng. Điều này dẫn đến khoảng cách trung bình giữa các phân tử tăng.

Nhiệt độ của vật rắn tăng đến một giá trị nào đó thì một số phân tử thắng được lực tương tác với các phân tử xung quanh và thoát khỏi liên kết với chúng, đó là sự khởi đầu của quá trình nóng chảy. Từ lúc này, vật rắn nhận nhiệt lượng dễ tiếp tục phá vỡ các liên kết tinh thể. Khi trật tự của tỉnh thể bị phá vỡ hoàn toàn thì quá trình nóng chảy kết thúc, vật rắn chuyển thành khối lỏng.

Nếu vẫn tiếp tục nung nóng thì các phân tử nhận nhiệt lượng để tăng năng lượng chuyển động của mình và nhiệt độ của khối chất lỏng tăng lên.

Phần năng lượng nhận thêm để phá vỡ liên kết giữa các phân tử mà không làm tăng nhiệt độ của chất trong quá trình chuyển thể thường được gọi là ẩn nhiệt. Từ "ẩn" thể hiện ý nghĩa năng lượng cung cấp cho chất có vẻ bị biến mất vì nhiệt độ của chất không tăng khi chuyển thể. Năng lượng này trong quá trình nóng chảy được gọi là ẩn nhiệt nóng chảy

Ứng dụng của sự nóng chảy:

- Sản xuất kim loại

Sản xuất kim loại là quá trình chuyển đổi từ nguyên liệu thô thành sản phẩm kim loại. Phương pháp sản xuất kim loại bằng nóng chảy là một trong những phương pháp phổ biến nhất.

Quy trình sản xuất kim loại bằng phương pháp nóng chảy bao gồm các bước sau:

1. Chuẩn bị nguyên liệu: Nguyên liệu chính để sản xuất kim loại là quặng. Quặng được khai thác từ các mỏ trên khắp thế giới và được vận chuyển đến nhà máy sản xuất.

2. Nghiền và rửa quặng: Quặng được đưa vào các máy nghiền để nghiền nhỏ và sau đó được rửa để tách riêng các hợp chất kim loại.

3. Luyện kim: Quá trình luyện kim được thực hiện bằng các phương pháp khác nhau như luyện kim điện, luyện kim hóa học hoặc luyện kim nhiệt. Trong quá trình này, các hợp chất kim loại được tách ra và luyện thành kim loại tinh khiết.

4. Nấu chảy và đúc: Kim loại tinh khiết được nấu chảy bằng nhiệt độ cao và sau đó đúc thành các sản phẩm kim loại.

Việc sử dụng phương pháp nóng chảy trong sản xuất kim loại có nhiều lợi ích. Quá trình sản xuất nhanh chóng và hiệu quả hơn so với các phương pháp khác. Nó cũng cho phép sản xuất các sản phẩm kim loại với độ chính xác cao và độ bền cao hơn.

- Sản xuất nhựa

Sản xuất nhựa là quá trình chuyển đổi các hợp chất hữu cơ thành polymer. Các loại nhựa được sản xuất bằng phương pháp nóng chảy bao gồm nhựa PVC, nhựa PP, nhựa PE và nhựa PET.

Nhựa PVC được sử dụng để sản xuất ống dẫn nước, cửa sổ, vật liệu lót sàn và đồ chơi. Nhựa PP và nhựa PE được sử dụng để sản xuất túi nilon, bao bì, chai nước và ống dẫn. Nhựa PET được sử dụng để sản xuất chai nước đóng chai và các sản phẩm bán lẻ khác.

- Sản xuất nguyên liệu thực phẩm

Sản xuất nguyên liệu thực phẩm là một trong những ứng dụng của sự nóng chảy. Quá trình sản xuất các nguyên liệu thực phẩm như đường, bơ, socola đều sử dụng phương pháp nóng chảy để đạt được sản phẩm chất lượng.

Để sản xuất đường, quá trình đầu tiên là ép củ mía hoặc cây củ cải để lấy nước mía hoặc nước củ cải. Sau đó, nước được đun sôi và hòa tan đường trong đó. Tiếp theo, chất lỏng được đun sôi và kết tinh để tạo thành đường.

Để sản xuất bơ, trái bơ được đun sôi để làm mềm. Sau đó, vỏ và hạt được lấy ra và bơ được ép ra từ phần thịt bên trong. Bơ sau đó được đun nóng và làm chảy để đạt được dạng lỏng và được đóng gói.

Để sản xuất socola, cacao được rang và xay thành bột. Bột cacao sau đó được trộn với đường và sữa để tạo ra hỗn hợp socola. Hỗn hợp sau đó được đun sôi và khuấy đều để tạo thành socola lỏng. Socola sau đó được đổ vào khuôn và đóng gói.

…

Do wolfram là kim loại có nhiệt độ nóng chảy rất cao, khi đạt đến một nhiệt độ nhất định sẽ phát sáng (nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy), do đó nó rất bền phù hợp cho việc dùng làm dây tóc bóng đèn. Còn với các chất khác thì nhiệt độ nóng chảy thấp hơn wolfram rất nhiều nên khi đạt đến nhiệt độ phát sáng thì cũng có thể bị nóng chảy nên không phù hợp để làm dây tóc.

Đoạn AB: Nước đá nhận nhiệt lượng để tăng nhiệt độ từ -8 ^oC đến 0 ^oC (nhiệt độ nóng chảy).

Đoạn BC: Nước đá trong quá trình nóng chảy hoàn toàn, chuyển từ thể rắn sang thể lỏng, nhiệt độ không đổi.

Đoạn CD: Nước nhận nhiệt lượng để tăng nhiệt độ từ 0 ^oC đến 100 ^oC (nhiệt độ sôi).

Đoạn DE: Nước đang trong quá trình hoá hơi, nước chuyển từ thể lỏng sang thể khí.

Khối lượng của thiếc trong hỗn hợp là:  $m_1=50.63\%=\mathrm{31,5}g$

Khối lượng của chì trong hỗn hợp là:  $m_2=50-m_1=\mathrm{18,5}g$

Nhiệt lượng cần cung cấp để nóng chảy hết cuộn dây thiếc hàn: $\begin{array}{l}Q=Q_{chi}+Q_{thiec}={\lambda }_{chi}{m}_{chi}+{\lambda }_{thiec}{m}_{thiec}\\ ={\mathrm{0,25.10}}^5{\mathrm{.18,5.10}}^{-3}+{\mathrm{0,61.10}}^5{\mathrm{.31,5.10}}^{-3}=2384J\end{array}$

Yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi của nước:

- Diện tích mặt thoáng chất lỏng.

- Nhiệt độ.

- Độ ẩm không khí.

- Tốc độ gió.

Khi chất lỏng nhận được nhiệt lượng đủ lớn, các phân tử chất lỏng sẽ bị phá vỡ sự liên kết, khoảng cách giữa các phân tử tăng dần, các phân tử chuyển động càng hỗn loạn, thoát ra khỏi sự liên kết, chuyển sang trạng thái khí.

- Cồn cần được đựng trong bình kín, tránh bị bay hơi.

- Cồn cần được bảo quản ở nơi khô ráo, thoáng mát, tránh lửa và ánh nắng mặt trời.

- Cất, trữ các can/chai cồn độ xa bếp, khu vực đun, nấu; tránh xa các nguồn gây cháy và các nguồn nhiệt khác.

- Nên dán nhãn trên các can, chai đựng cồn để tránh nhầm lẫn.

- Rau xanh sau khi thu hoạch thường bị héo rất nhanh khi để ngoài nắng vì trong rau xanh chứa hàm lượng nước rất cao, khi để ngoài nắng dưới tác dụng nhiệt của ánh sáng mặt trời, các phân tử nước chuyển sang trạng thái khí và thoát ra ngoài không khí làm cho rau bị héo.

- Cách hạn chế:

+ Để rau đã thu hoạch vào nơi thoáng mát, tránh ánh nắng.

+ Nên xử lý phân loại, làm sạch rau, đưa vào bảo quản nhanh nhất có thể.

Khi phân tử chất lỏng nhận được năng lượng nhiệt, chúng sẽ chuyển động nhiệt càng mạnh, làm phá vỡ sự liên kết giữa các phân tử với nhau, khoảng cách giữa các phân tử càng tăng, phân tử chất lỏng chuyển sang phân tử hơi. Hiện tượng này xảy ra cả bên trong và trên bề mặt chất lỏng.

Nhiệt lượng đã làm hoá hơi 1 lít nước: Q = L.m = 2,3.10⁶ . 1 = 2,3.10⁶ J.

Chúng ta biết ở điều kiện áp suất tiêu chuẩn thì nước sôi ở 100 ^oC, nhưng khi lên núi cao thì áp suất không khí giảm khiến cho các phân tử nước dễ tách khỏi liên kết chung để phát tán vào khí quyển hơn. Điều này đồng nghĩa với việc nước sẽ sôi khi chưa đạt mức nhiệt 100 ^oC. Càng lên cao thì điểm sôi càng giảm, do đó không thể luộc trứng chín hoàn toàn với nhiệt độ này.

Để diệt các vi khuẩn có thể chỉ bị tiêu diệt ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của nước ở điều kiện tiêu chuẩn (100 ℃), có thể sử dụng một số phương pháp sau đây:

- Tăng áp suất của môi trường nấu trên mức áp suất không khí thông thường. Khi áp suất tăng lên, điểm sôi của nước cũng tăng. VD: Sử dụng nồi áp suất để diệt các vi khuẩn.

- Thêm chất vào nước (như muối) để nâng cao nhiệt độ sôi của nước. Áp suất tăng lên khi nước kết hợp với chất tạo áp suất, và điều này có thể giúp diệt khuẩn ở nhiệt độ cao hơn.

- Sử dụng các chất diệt khuẩn (chẳng hạn như các dung dịch chứa clor hoặc hydrogen peroxide) để ngâm các dụng cụ y tế. Các chất diệt khuẩn này có thể hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn và giúp tiêu diệt các vi khuẩn.

Lưu ý rằng cần phải đảm bảo an toàn và hiệu quả của các phương pháp này trong môi trường y tế và tuân thủ các quy tắc về vệ sinh và khử trùng.

D – sai, các phân tử dao động quanh vị trí cân bằng luôn thay đổi đúng với chất ở thể lỏng.

a) Nhiệt lượng cần cung cấp:  $Q=\lambda m={\mathrm{2,77.10}}^5{\mathrm{.35.10}}^3={\mathrm{9,695.10}}^{9}J$

b) Khối lượng khí đốt cần sử dụng:  $M=\frac{{\mathrm{9,695.10}}^9}{{44.10}^6}\approx 220kg$

c) Việc sử dụng khí đốt sẽ tạo ra các chất thải độc hại cho môi trường, làm ô nhiễm bầu khí quyển, ảnh hưởng đến sức khoẻ, đời sống sinh hoạt của con người, gây ra các bệnh về đường hô hấp,…