Cấu trúc chất và sự chuyển thể

Mô hình động học phân tử dựa trên ba ý chính: 1. Chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt. Trong bài này, từ *phân tử* được dùng chung cho các hạt cấu tạo chất như phân tử, nguyên tử hoặc ion. 2. Các phân tử chuyển động không ngừng. Nhiệt độ của vật càng cao thì chuyển động nhiệt của các phân tử càng nhanh. 3. Giữa các phân tử có lực hút và lực đẩy, gọi chung là lực liên kết phân tử. Lực này thay đổi theo khoảng cách giữa các phân tử. Không nhìn thấy trực tiếp phân tử bằng mắt thường, nhưng có thể nhận ra chuyển động của chúng qua chuyển động Brown: những hạt rất nhỏ lơ lửng trong chất lỏng chuyển động hỗn loạn do bị các phân tử chất lỏng va chạm liên tiếp từ nhiều phía. Khi nhiệt độ tăng, chuyển động này mạnh hơn, phù hợp với nhận xét rằng các phân tử chuyển động nhanh hơn.

Khoảng cách, sự sắp xếp và chuyển động của các phân tử giúp giải thích tính chất của mỗi thể. | Thể | Mô tả ở mức phân tử | Tính chất quan sát được | |---|---|---| | Rắn | Các phân tử ở rất gần nhau, liên kết mạnh và chủ yếu dao động quanh vị trí tương đối ổn định | Có hình dạng và thể tích riêng, rất khó nén | | Lỏng | Các phân tử vẫn ở gần nhau nhưng có thể đổi vị trí cho nhau | Có thể tích riêng nhưng nhận hình dạng phần bình chứa | | Khí | Các phân tử ở xa nhau, chuyển động hỗn loạn và liên kết yếu | Không có hình dạng, thể tích riêng; chiếm toàn bộ bình và dễ nén | Bảng trên là mô hình đơn giản. Nó không cho biết từng phân tử cụ thể đang ở đâu, mà giúp nối cấu trúc vi mô với những tính chất có thể quan sát ở vật.

Khi nhận năng lượng, chuyển động của các phân tử thường mạnh hơn và liên kết giữa chúng có thể bị phá vỡ dần. Chất rắn có thể nóng chảy thành chất lỏng; chất lỏng có thể hóa hơi thành chất khí. Theo chiều ngược lại, ngưng tụ và đông đặc là các quá trình chất truyền năng lượng ra môi trường. Hóa hơi có hai hình thức cần phân biệt: - **Bay hơi** xảy ra ở mặt thoáng và có thể diễn ra ở nhiều nhiệt độ. Một số phân tử gần mặt thoáng có đủ năng lượng để thắng lực liên kết và thoát ra ngoài. - **Sôi** xảy ra đồng thời trong lòng và trên mặt thoáng của chất lỏng. Với chất lỏng tinh khiết ở áp suất xác định, nhiệt độ gần như không đổi trong thời gian sôi. Tương tự, chất rắn kết tinh tinh khiết nóng chảy ở một nhiệt độ xác định khi áp suất không đổi. Năng lượng tiếp tục được cung cấp trong giai đoạn chuyển thể chủ yếu làm thay đổi sự liên kết giữa các phân tử, nên nhiệt độ có thể chưa tăng. Kết luận này không được áp dụng máy móc cho mọi hỗn hợp hoặc chất rắn vô định hình.