Ngồi trong một căn phòng trong khi ai đó pha cà phê ở bên cạnh.很快 bạn có thể ngửi thấy mùi, ngay cả khi cách xa cả phòng. Làm thế nào? Mọi thứ xung quanh bạn đều được làm từ các hạt nhỏ bé, xa…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp
1.1
The three states of matter · Ba trạng thái của vật chất
Syllabus · Chương trình
English
Core
Supplement
1 State the distinguishing properties of solids, liquids and gases
2 Describe the structures of solids, liquids and gases in terms of particle separation, arrangement and motion
3 Describe changes of state in terms of melting, boiling, evaporating, freezing and condensing
5 Explain changes of state in terms of kinetic particle theory, including the interpretation of heating and cooling curves
4 Describe the effects of temperature and pressure on the volume of a gas
6 Explain, in terms of kinetic particle theory, the effects of temperature and pressure on the volume of a gas
Tiếng Việt
Cốt lõi
Bổ sung
1 Nêu các tính chất đặc trưng của rắn, lỏng và khí
2 Mô tả cấu trúc của rắn, lỏng và khí dựa trên khoảng cách giữa các hạt, sự sắp xếp và chuyển động
3 Mô tả sự chuyển trạng thái theo nóng chảy, sôi, bốc hơi, đông đặc và ngưng tụ
5 Giải thích sự chuyển trạng thái dựa trên thuyết động học hạt, bao gồm việc diễn giải đường cong nhiệt độ tăng/giảm
4 Mô tả tác động của nhiệt độ và áp suất lên thể tích của khí
6 Giải thích, dựa trên thuyết động học hạt, tác động của nhiệt độ và áp suất lên thể tích khí
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
Solid, liquid, gas: particle motion
Everything around you is made of tiny particles 粒子 — these can be atoms 原子, molecules 分子, or ions 离子. The kinetic particle theory 粒子动理论 says these particles are always moving. How close the particles are, how they are arranged, and how they move decides whether matter is a solid 固体, a liquid 液体, or a gas 气体.
Properties you can observe
You do not need a microscope to tell the three states apart. They behave in different ways:
A solid has a fixed shape and a fixed volume 体积. It does not flow and you cannot compress 压缩 it (squeeze it smaller).
A liquid has a fixed volume but no fixed shape. It flows and takes the shape of its container. It is almost impossible to compress.
A gas has no fixed shape and no fixed volume. It flows and spreads out to fill the whole container. A gas is easy to compress.
The table below sums up these properties. Density 密度 means how much mass 质量 is packed into a given volume.
Property
Solid
Liquid
Gas
Shape
fixed
takes the shape of the container
fills the whole container
Volume
fixed
fixed
fills the whole container
Can it be compressed?
no
almost none
yes, easily
Does it flow?
no
yes
yes
Density
high
high
low
The particle picture
The kinetic particle theory explains these properties by looking at three things: the separation 间距 of the particles (how far apart they are), their arrangement 排列 (the pattern), and their motion 运动 (how they move).
Solid
Liquid
Gas
Separation
touching, very close
close together
far apart
Arrangement
regular 规则 pattern
random, no pattern
random, no pattern
Motion
vibrate 振动 about fixed positions
move and slide past each other
move quickly in all directions
Strong forces of attraction 引力 hold the particles together. In a solid these forces are strong enough to hold every particle in place, so a solid keeps its shape. In a liquid the forces are weaker, so particles can move around. In a gas the particles move so fast that the forces hardly act at all, so the gas spreads out.
Tiếng Việt
Solid, liquid, gas: particle motion (Rắn, lỏng, khí: chuyển động hạt)
Mọi thứ xung quanh bạn đều được tạo thành từ các hạt nhỏ bé — chúng có thể là nguyên tử, phân tử, hoặc ion. Lý thuyết hạt động học nói rằng các hạt này luôn chuyển động. Khoảng cách giữa các hạt, cách sắp xếp của chúng và cách chúng di chuyển quyết định liệu vật chất đó là rắn, lỏng, hay khí.
Các tính chất bạn có thể quan sát
Bạn không cần kính hiển vi để phân biệt ba trạng thái. Chúng có hành vi khác nhau:
Một chất rắn có hình dạng cố định và thể tích cố định. Nó không chảy và bạn không thể nén nó (ép cho nhỏ lại).
Một chất lỏng có thể tích cố định nhưng không có hình dạng cố định. Nó chảy và nhận hình dạng của bình chứa. Gần như không thể nén được.
Một chất khí không có hình dạng cố định và không có thể tích cố định. Nó chảy và lan rộng để lấp đầy toàn bộ bình chứa. Chất khí dễ bị nén.
Bảng dưới đây tóm tắt các tính chất này. Mật độ nghĩa là lượng khối lượng được đóng gói vào một thể tích nhất định.
Property
Solid
Liquid
Gas
Shape
fixed
takes the shape of the container
fills the whole container
Volume
fixed
fixed
fills the whole container
Can it be compressed?
no
almost none
yes, easily
Does it flow?
no
yes
yes
Density
high
high
low
Mô hình hạt
Lý thuyết hạt động học giải thích các tính chất này bằng cách xem xét ba yếu tố: khoảng cách giữa các hạt (chúng cách nhau bao xa), sự sắp xếp (mẫu hình), và chuyển động (cách chúng di chuyển).
Solid
Liquid
Gas
Separation
touching, very close
close together
far apart
Arrangement
regular pattern
random, no pattern
random, no pattern
Motion
vibrate about fixed positions
move and slide past each other
move quickly in all directions
Các lực hút mạnh giữ các hạt lại với nhau. Trong chất rắn, lực này đủ mạnh để giữ mọi hạt tại chỗ, nên chất rắn giữ nguyên hình dạng. Trong chất lỏng, lực yếu hơn, nên các hạt có thể di chuyển. Trong chất khí, các hạt di chuyển quá nhanh đến mức lực hầu như không tác dụng, nên khí lan ra.
Các hạt được đóng gần và đều đặn trong chất rắn, gần gũi và ngẫu nhiên trong chất lỏng, và xa nhau trong chất khí
Explore · Khám phá
States of matter · Các trạng thái của vật chất
Heat the box and watch the particles break free: a vibrating solid melts to a flowing liquid, then spreads out as a gas. Same particles — just more energy. · Đun nóng hộp và theo dõi các hạt thoát ra: một chất rắn rung chuyển tan chảy thành chất lỏng chảy, sau đó lan tỏa dưới dạng khí. Cùng những hạt — chỉ có thêm năng lượng.
When you heat or cool a substance, it can change from one state to another. You must know the name of each change.
Change
What happens
Name
solid → liquid
melting 熔化
melting
liquid → solid
freezing 凝固
freezing
liquid → gas (at the surface, below the boiling point)
evaporating 蒸发
evaporation
liquid → gas (all through the liquid)
boiling 沸腾
boiling
gas → liquid
condensing 凝结
condensation
A pure solid melts at one fixed temperature, the melting point 熔点. A pure liquid boils at one fixed temperature, the boiling point 沸点. The same substance freezes at its melting point and condenses at its boiling point.
A few substances change straight from solid to gas without melting first. This is called sublimation 升华. In the photo below, warmed solid iodine in a beaker turns directly into a purple gas; the gas then cools on the round flask of ice above and turns back into a solid.
Explaining changes of state with the particle theory
Each change of state is really a change in the energy 能量 of the particles.
When you heat a solid, the particles gain energy and vibrate faster. At the melting point the particles have enough energy to break away from their fixed places and slide around — the solid melts.
When you heat a liquid, the particles move faster. At the boiling point they have enough energy to fully escape the forces of attraction and become a gas.
Cooling does the opposite. The particles lose energy, move more slowly, and the forces of attraction pull them back together.
During a change of state the energy goes into breaking the forces of attraction, not into making the particles move faster. This is why the temperature stays the same while a substance is melting or boiling.
Heating and cooling curves
A heating curve 加热曲线 is a graph of temperature against time as you heat a substance steadily. A cooling curve 冷却曲线 is the same graph as the substance cools.
On a heating curve there are two flat (level) parts:
The first flat part is at the melting point. Here solid and liquid are both present. The heat energy breaks the forces holding the solid together, so the temperature does not rise.
The second flat part is at the boiling point. Here liquid and gas are both present, and the temperature again stays constant.
A cooling curve is the reverse. It has a flat part at the boiling point (the gas condenses) and a flat part at the melting point (the liquid freezes). As the particles slow down, thermal energy 热能 is released to the surroundings.
Tiếng Việt
Ice melting to water: a change of state as the solid warms. (Đá tan thành nước: sự thay đổi trạng thái khi chất rắn nóng lên.)
Khi bạn đun nóng hoặc làm lạnh một chất, nó có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác. Bạn cần biết tên của mỗi sự chuyển đổi.
Change
What happens
Name
solid → liquid
melting
melting
liquid → solid
freezing
freezing
liquid → gas (at the surface, below the boiling point)
evaporating
evaporation
liquid → gas (all through the liquid)
boiling
boiling
gas → liquid
condensing
condensation
Một chất rắn tinh khiết nóng chảy ở một nhiệt độ cố định, gọi là điểm nóng chảy. Một chất lỏng tinh khiết sôi ở một nhiệt độ cố định, gọi là điểm sôi. Cùng một chất sẽ đông đặc ở điểm nóng chảy và ngưng tụ ở điểm sôi.
Heating: solid → liquid → gas; cooling reverses each change (Đun nóng: rắn → lỏng → khí; làm lạnh đảo ngược từng sự thay đổi)
Một số ít chất chuyển trực tiếp từ rắn sang khí mà không qua trạng thái lỏng trước. Điều này được gọi là sự thăng hoa. Trong ảnh bên dưới, iốt rắn được làm ấm trong bình thủy tinh chuyển trực tiếp thành khí màu tím; khí sau đó làm mát trên phễu chứa đá phía trên và trở lại thành chất rắn.
Iodin rắn được làm nóng chuyển thẳng thành khí màu tím (sự thăng hoa)
The everyday example: dry ice is solid carbon dioxide, and it sublimes too — it never leaves a puddle (Ví dụ thường ngày: băng khô là cacbon đioxit rắn, và nó cũng thăng hoa — nó không bao giờ để lại vũng nước)
Giải thích sự thay đổi trạng thái bằng lý thuyết hạt
Mỗi sự thay đổi trạng thái thực chất là sự thay đổi năng lượng của các hạt.
Khi bạn đun nóng chất rắn, các hạt nhận năng lượng và dao động nhanh hơn. Ở điểm nóng chảy, các hạt có đủ năng lượng để tách khỏi vị trí cố định và trượt đi — chất rắn nóng chảy.
Khi bạn đun nóng chất lỏng, các hạt di chuyển nhanh hơn. Ở điểm sôi, chúng có đủ năng lượng để thoát hoàn toàn khỏi lực hút và trở thành khí.
Làm lạnh làm ngược lại điều đó. Các hạt mất năng lượng, di chuyển chậm hơn, và lực hút kéo chúng lại gần nhau.
Trong quá trình thay đổi trạng thái, năng lượng dùng để phá vỡ lực hút chứ không dùng để làm các hạt di chuyển nhanh hơn. Đây là lý do tại sao nhiệt độ duy trì không đổi trong khi chất đang nóng chảy hay sôi.
Đường cong đun nóng và làm lạnh
Một đường cong đun nóng là đồ thị biểu diễn nhiệt độ theo thời gian khi bạn đun nóng một chất đều đặn. Một đường cong làm lạnh là cùng một loại đồ thị đó khi chất làm nguội.
Trên đường cong đun nóng có hai phần phẳng (bằng phẳng):
Phần bằng phẳng đầu tiên nằm ở nhiệt độ nóng chảy. Tại đây cả chất rắn và chất lỏng đều tồn tại. Nhiệt năng làm phá vỡ các lực liên kết giữ chất rắn lại với nhau, do đó nhiệt độ không tăng.
Phần bằng phẳng thứ hai nằm ở nhiệt độ sôi. Tại đây cả chất lỏng và khí đều tồn tại, và nhiệt độ tiếp tục duy trì không đổi.
Đường cong làm nguội là quá trình ngược lại. Nó có phần bằng phẳng ở nhiệt độ sôi (khí ngưng tụ) và phần bằng phẳng ở nhiệt độ nóng chảy (chất lỏng đông đặc). Khi các hạt chuyển động chậm lại, năng lượng nhiệt được giải phóng ra môi trường xung quanh.
Nhiệt độ giữ nguyên ở nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi trong khi các lực hút bị phá vỡ
Explore · Khám phá
Heating a substance through its states · Đun nóng một chất đi qua các trạng thái của nó
Step up the temperature. Adding heat gives the particles more energy until they break free — and the temperature pauses at each change of state while the energy does that work. · Tăng nhiệt độ. Việc cung cấp nhiệt trao cho các hạt thêm năng lượng cho đến khi chúng thoát ra — và nhiệt độ tạm dừng tại mỗi sự thay đổi trạng thái khi năng lượng thực hiện công việc đó.
Gases: temperature, pressure and volume · Khí: nhiệt độ, áp suất và thể tích
English
A gas pushes on the walls of its container. This push, spread over the area of the wall, is the pressure 压强 of the gas. Pressure comes from the gas particles hitting the walls.
Effect of temperature
If you heat a fixed mass of gas while keeping the pressure the same, its volume increases.
Using the particle theory: heating gives the particles more kinetic energy 动能, so they move faster. They hit the walls harder and more often. To keep the pressure the same, the gas must take up more space, so the volume gets bigger.
If instead the volume is fixed (a sealed, rigid container), heating the gas makes the pressure rise, because the faster particles collide 碰撞 with the walls harder and more often.
Effect of pressure
If you increase the pressure on a fixed mass of gas while keeping the temperature the same, its volume decreases. Squeezing the gas into a smaller space means the particles hit the walls more often, which is what a higher pressure means.
Tiếng Việt
Một chất khí tác dụng lực đẩy lên thành bình chứa nó. Lực đẩy này, phân bố trên diện tích thành, chính là áp suất của khí. Áp suất phát sinh từ việc các hạt khí va chạm vào thành bình.
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nếu bạn nung nóng một khối lượng khí xác định trong khi giữ áp suất không đổi, thể tích của nó sẽ tăng lên.
Khí bị làm nóng: các hạt chuyển động nhanh hơn lan tỏa và chiếm không gian lớn hơn
Sử dụng thuyết hạt: việc gia nhiệt cung cấp cho các hạt thêm động năng, khiến chúng di chuyển nhanh hơn. Chúng va chạm vào thành bình mạnh mẽ và thường xuyên hơn. Để giữ áp suất không đổi, khí phải chiếm nhiều không gian hơn, nên thể tích trở nên lớn hơn.
Ngược lại, nếu thể tích được cố định (bình kín, cứng), việc gia nhiệt khí sẽ làm áp suất tăng lên, vì các hạt di chuyển nhanh hơn va chạm vào thành bình mạnh mẽ và thường xuyên hơn.
Ảnh hưởng của áp suất
Nếu bạn tăng áp suất lên một khối lượng khí xác định trong khi giữ nhiệt độ không đổi, thể tích của nó sẽ giảm xuống. Việc nén khí vào không gian nhỏ hơn nghĩa là các hạt va chạm vào thành bình thường xuyên hơn, đó chính là ý nghĩa của áp suất cao hơn.
Nén khí vào thể tích nhỏ hơn khiến các hạt va chạm vào thành bình thường xuyên hơn, do đó áp suất tăng lên
1 Describe and explain diffusion in terms of kinetic particle theory
2 Describe and explain the effect of relative molecular mass on the rate of diffusion of gases
Tiếng Việt
Cốt lõi
Bổ sung
1 Mô tả và giải thích khuếch tán dựa trên thuyết động học hạt
2 Mô tả và giải thích tác động của khối lượng phân tử tương đối lên tốc độ khuếch tán của khí
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
Diffusion: random motion, one-way flow
Diffusion 扩散 is the spreading of particles from a region where they are crowded to a region where they are spread out — that is, from high concentration 浓度 to low concentration. It happens because particles are always moving in random directions.
Diffusion explains why you can smell food from across a room: the smell particles move and mix with the air until they reach your nose. Diffusion happens in gases and in liquids, but not in solids, because solid particles cannot move from place to place.
Rate of diffusion and molecular mass
Lighter gas particles move faster than heavier ones at the same temperature. So a gas with a smaller relative molecular mass 相对分子质量 (a smaller mass for each molecule) has a faster rate 速率 of diffusion.
A classic experiment shows this. Cotton wool soaked in ammonia 氨气 ($\text{NH}_3$) is put at one end of a long glass tube. Cotton wool soaked in hydrogen chloride 氯化氢 ($\text{HCl}$) is put at the other end. Both gases diffuse along the tube and meet to form a white ring of ammonium chloride 氯化铵 ($\text{NH}_4\text{Cl}$).
Ammonia has $M_r = 17$ and hydrogen chloride has $M_r = 36.5$. Ammonia is lighter, so it diffuses faster and travels further along the tube. The white ring forms nearer the hydrogen chloride end.
Worked example. Bromine ($M_r = 160$) and ammonia ($M_r = 17$) are released at the same moment from opposite ends of a long tube. Which travels further before they meet? Compare the relative molecular masses. Ammonia's $M_r$ is far smaller, so its molecules move faster at the same temperature and it diffuses more quickly. Ammonia therefore travels the greater distance, and the two gases meet nearer the bromine end. The rule is always "lighter means faster" - argue from $M_r$, never from how big the formula looks on paper.
Tiếng Việt
Khuếch tán: chuyển động ngẫu nhiên, dòng chảy một chiều
Sự khuếch tán là sự lan tỏa của các hạt từ vùng nơi chúng tập trung sang vùng nơi chúng phân tán — tức là từ nồng độ cao sang nồng độ thấp. Sự khuếch tán xảy ra vì các hạt luôn chuyển động theo các hướng ngẫu nhiên.
Các hạt khuếch tán từ nồng độ cao sang nồng độ thấp cho đến khi phân bố đều
Sự khuếch tán giải thích tại sao bạn có thể ngửi thấy mùi thức ăn từ xa trong phòng: các hạt mùi di chuyển và hòa lẫn với không khí cho đến khi đến mũi bạn. Sự khuếch tán diễn ra trong khí và chất lỏng, nhưng không xảy ra trong chất rắn, vì các hạt chất rắn không thể di chuyển từ nơi này sang nơi khác.
Tốc độ khuếch tán và khối lượng phân tử
Các hạt khí nhẹ hơn di chuyển nhanh hơn so với các hạt nặng hơn ở cùng nhiệt độ. Do đó, một chất khí có khối lượng phân tử tương đối nhỏ hơn (khối lượng mỗi phân tử nhỏ hơn) sẽ có tốc độ khuếch tán nhanh hơn.
Một thí nghiệm điển hình minh họa điều này. Bông tẩm amoniak ($\text{NH}_3$) được đặt ở một đầu ống thủy tinh dài. Bông tẩm hydro clorua ($\text{HCl}$) được đặt ở đầu kia. Cả hai khí khuếch tán dọc theo ống và gặp nhau tạo thành một vòng trắng amoni clorua ($\text{NH}_4\text{Cl}$).
Amoniac có $M_r = 17$ và hydro clorua có $M_r = 36.5$. Amoniac nhẹ hơn, nên nó khuếch tán nhanh hơn và di chuyển xa hơn dọc theo ống. Vòng trắng hình thành gần phía hydro clorua hơn.
Amoniac ($M_r=17$) nhẹ hơn, nên nó khuếch tán nhanh hơn và xa hơn; vòng trắng hình thành gần phía HCl hơn
Ví dụ tính toán. Brom ($M_r = 160$) và amoniac ($M_r = 17$) được giải phóng cùng lúc từ hai đầu ống dài. Chất nào di chuyển xa hơn trước khi chúng gặp nhau? So sánh khối lượng phân tử tương đối. Amoniac có $M_r$ nhỏ hơn nhiều, nên các phân tử của nó di chuyển nhanh hơn ở cùng nhiệt độ và khuếch tán nhanh hơn. Do đó, amoniac di chuyển quãng đường lớn hơn, và hai khí gặp nhau gần phía brom hơn. Quy luật luôn là "nhẹ hơn thì nhanh hơn" - hãy lập luận dựa vào $M_r$, đừng dựa vào kích thước công thức trên giấy.
Explore · Khám phá
Diffusion · Sự khuếch tán
Release the cloud and the particles spread on their own from the crowded corner until they fill the box evenly — diffusion, sped up by heat. · Giải phóng đám mây và các hạt tự lan tỏa từ góc đông đúc cho đến khi lấp đầy đều hộp — khuếch tán, được加速 bởi nhiệt.
Explore · Khám phá
Diffusion · Sự khuếch tán
Set the concentration on each side. Particles spread from high to low concentration until evenly mixed. · Đặt nồng độ ở mỗi bên. Các hạt lan tỏa từ nồng độ cao xuống thấp cho đến khi trộn đều.
During melting and boiling the temperature stays constant (the flat parts of a heating curve), because the energy breaks the forces between particles instead of making them move faster.
Evaporation happens only at the surface and at any temperature; boiling happens throughout the liquid at one fixed temperature.
Explain gas behaviour with the particle theory: heating a gas at fixed volume raises the pressure because the particles hit the walls harder and more often — the particles themselves do not get bigger.
Diffusion is faster for lighter particles (smaller $M_r$) and cannot happen in solids. In the ammonia/hydrogen chloride tube the lighter ammonia travels further, so the white ring forms nearer the HCl end.
Tiếng Việt
Trong quá trình nóng chảy và sôi, nhiệt độ giữ nguyên (các phần bằng phẳng của đường cong gia nhiệt), vì năng lượng dùng để phá vỡ lực giữa các hạt thay vì làm chúng di chuyển nhanh hơn.
Sự bay hơi chỉ xảy ra ở bề mặt và ở bất kỳ nhiệt độ nào; sôi xảy ra toàn bộ trong chất lỏng ở một nhiệt độ xác định.
Giải thích hành vi của khí bằng thuyết hạt: việc gia nhiệt khí ở thể tích không đổi làm tăng áp suất vì các hạt va chạm vào thành bình mạnh mẽ và thường xuyên hơn — bản thân các hạt không trở nên to hơn.
Sự khuếch tán diễn ra nhanh hơn với các hạt nhẹ hơn ($M_r$ nhỏ hơn) và không thể xảy ra trong chất rắn. Trong ống amoniac/hydro clorua, amoniac nhẹ hơn di chuyển xa hơn, nên vòng trắng hình thành gần phía HCl hơn.
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.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Chọn một môn và trang sẽ điều hướng theo — ghi chú, tài liệu, video và bài tập đều mở ở đó.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Nhập để tìm ghi chú, bài học, mã, từ vựng và câu hỏi đề thi cũ trên mọi môn học.
Heating: solid → liquid → gas; cooling reverses each change (Đun nóng: rắn → lỏng → khí; làm lạnh đảo ngược từng sự thay đổi)
The everyday example: dry ice is solid carbon dioxide, and it sublimes too — it never leaves a puddle (Ví dụ thường ngày: băng khô là cacbon đioxit rắn, và nó cũng thăng hoa — nó không bao giờ để lại vũng nước)
