Đang tải bài học…

AP Chemistry

bar

Bar là đơn vị đo áp suất bằng 100 kPa, thường dùng trong các bài toán về chất khí.

Bar là một đơn vị đo áp suất (pressure), được định nghĩa bằng chính xác $10^5$ pascal (Pa). Trong hệ đo lường quốc tế, pascal là đơn vị chuẩn của áp suất, xuất phát từ lực một newton tác dụng lên diện tích một mét vuông. Tuy nhiên, vì một pascal quá nhỏ so với áp suất khí quyển thông thường, nên bar trở thành đơn vị tiện dụng hơn trong phòng thí nghiệm hóa học. Một bar xấp xỉ bằng áp suất khí quyển tiêu chuẩn tại mực nước biển, tức là gần bằng 1 atm.

Hơn nữa, trong các bài toán về khí lý tưởng (ideal gas), thí sinh thường gặp áp suất tính bằng bar thay vì atm, đặc biệt khi đề thi tuân theo quy ước của IUPAC. Phương trình khí lý tưởng $PV = nRT$ có thể dùng với bất kỳ đơn vị áp suất nào, miễn là hằng số khí (gas constant) $R$ được chọn tương thích với đơn vị đó. Khi áp suất tính bằng bar, giá trị phù hợp của $R$ là $0{,}08314$ L·bar/(mol·K), khác với giá trị $0{,}08206$ L·atm/(mol·K) thường gặp khi dùng atm.

Do đó, việc chuyển đổi linh hoạt giữa bar và atm là kỹ năng cần thiết cho thí sinh. Hệ thức liên hệ chính xác là $1\text{ atm} = 1{,}01325\text{ bar}$ , trong đó atm là viết tắt của áp suất khí quyển (atmosphere). Nhờ nắm vững mối liên hệ này, học sinh tránh được sai sót khi đề bài cho dữ liệu ở đơn vị khác với đơn vị mà mình quen dùng, đồng thời đảm bảo kết quả tính toán nhất quán từ đầu đến cuối bài giải.

Ký hiệu

1\text{ bar} = 10^5\text{ Pa} = 100\text{ kPa}

Đơn vịbar

Trực giác: Nếu pascal là một hạt cát, thì bar là cả một bãi biển — cùng đo áp suất nhưng ở quy mô thuận tiện hơn cho đời sống hàng ngày.

Công thức

\htmlClass{fp-0}{1 \text{ bar}} = \htmlClass{fp-1}{10^5 \text{ Pa}}

Dùng khi cần đổi giữa bar và pascal, hoặc khi cần nhớ áp suất tiêu chuẩn $P^\circ = 1 \text{ bar} = 10^5 \text{ Pa}$ trong các biểu thức nhiệt động hoá học.

Trong đó

\text{bar}

Đơn vị áp suất, bằng

10^5

pascal

\text{Pa}

Pascal — đơn vị áp suất trong hệ SI,

1 \text{ Pa} = 1 \text{ N/m}^2

Khái niệm này sinh ra từ đâu

1786William Playfair

Thanh (cột) trong biểu đồ cột là phát minh của William Playfair, người Scotland, giới thiệu lối biểu diễn bằng hình vẽ vào thống kê năm 1786 để trình bày số liệu kinh tế.

Cuối thế kỷ 18, số liệu về buôn bán của nước Anh được ghi thành những bảng số dài dằng dặc, đọc mãi vẫn khó thấy xu hướng. Năm 1786, trong cuốn Commercial and Political Atlas, William Playfair (1759–1823) đưa ý tưởng biểu diễn bằng hình vẽ vào thống kê: ông sáng chế biểu đồ đường (line chart), biểu đồ cột (bar chart) và biểu đồ tần số (histogram), rồi dùng chúng cho các công trình kinh tế của mình. Nhờ đó, độ lớn của một đại lượng trở thành thứ mắt nhìn thấy ngay chứ không phải nhẩm tính. Đến năm 1795 ông làm tiếp biểu đồ tròn (pie chart) để mô tả tiến trình xuất nhập khẩu của nước Anh, và các hình vẽ này được chú ý rộng rãi khi ông công bố ví dụ trong Statistical Breviary năm 1801.

Hay hiểu sai

1 bar không bằng 1 atm.

Dùng bar thì phải đổi hằng số khí tương ứng.

Đổi áp suất sang bar không cứu được lỗi quên đổi nhiệt độ sang Kelvin.

Áp suất riêng phần chia theo số mol, không chia theo khối lượng.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một bình cứng kín, thể tích không đổi, chứa một lượng khí lí tưởng ở áp suất 1,0 bar và nhiệt độ 27°C. Người ta đặt bình lên bếp và đun cho tới khi nhiệt độ khí đạt 127°C. Lượng khí trong bình không thay đổi trong suốt quá trình.

aGiải thích vì sao giá trị 1,0 bar được thay thẳng vào biểu thức tỉ lệ mà không cần đổi sang atmosphere hay pascal, trong khi nhiệt độ 27°C thì bắt buộc phải đổi.
bTính áp suất của khí trong bình sau khi đun, làm tròn đến hai chữ số có nghĩa.

1Bước 1: Trả lời ý (a). Bar là đơn vị đo áp suất tuyệt đối (absolute pressure), nghĩa là mốc 0 của nó ứng với chân không hoàn toàn, đúng như mốc 0 mà phương trình khí lí tưởng giả định. Do đó khi bài toán chỉ yêu cầu một tỉ số áp suất, mọi hằng số quy đổi (

1\ \text{bar}=10^{5}\ \text{Pa}=0{,}9869\ \text{atm}

) đều xuất hiện ở cả tử và mẫu rồi triệt tiêu. Ngược lại, thang Celsius có mốc 0 đặt tùy tiện ở điểm đông đặc của nước nên tỉ số

27/127

hoàn toàn vô nghĩa về mặt vật lí; chỉ thang Kelvin mới có mốc 0 trùng với trạng thái chuyển động nhiệt bằng không.

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyLực liên phân tử · bài “Phương trình khí lý tưởng” — khoá AP Chemistry

Dẫn tớiđiều kiện chuẩn (sắp có)

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

atmosphere (atmosphere)atmosphere

Khác nhau ở đâuBar bằng chính xác 10⁵ Pa, được IUPAC chọn làm áp suất chuẩn hiện hành. Atmosphere bằng 101 325 Pa, xấp xỉ 1,013 bar và vẫn xuất hiện trong nhiều sách giáo khoa.

Hay nhầm khiKhi đề yêu cầu đổi đơn vị áp suất hoặc tra giá trị ở điều kiện chuẩn

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 2, 16, 32.

Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi xuất phát thẳng từ hình dạng: mỗi giá trị được vẽ thành một thanh chữ nhật, mà "bar" trong tiếng Anh nghĩa là cái thanh, cái cột. Chiều dài của thanh tỉ lệ với con số nó đại diện, nên chính cái thanh — chứ không phải chữ số — mới là thứ mang thông tin. Cũng nên biết bối cảnh chữ nghĩa rộng hơn: chữ "statistics" bắt nguồn từ tiếng Latin mới statisticum collegium ("hội đồng nhà nước") và tiếng Ý statista ("chính khách"), ban đầu chỉ việc phân tích số liệu về quốc gia. Gottfried Achenwall dùng nó theo nghĩa định lượng hiện đại năm 1749, còn Sir John Sinclair đưa vào tiếng Anh năm 1791. Vì vậy, những cái thanh của Playfair ra đời đúng lúc thống kê đang chuyển từ chuyện sổ sách của triều đình sang một khoa học về dữ liệu nói chung.

Mẹo phòng thi

Viết bước đổi nhiệt độ sang kelvin thành một dòng riêng trước mọi phép tính.

Bình cứng đun nóng: phân số mol không đổi, áp suất riêng phần tỉ lệ thuận với áp suất tổng.

Trong bài nhiệt động, chia áp suất cho 1 bar để thương số phản ứng không còn đơn vị.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

2Bước 2: Đổi nhiệt độ sang Kelvin:

T_1 = 27 + 273 = 300\ \text{K}

và

T_2 = 127 + 273 = 400\ \text{K}

. Hai giá trị này mới là đại lượng được phép lập tỉ số.

3Bước 3: Vì bình cứng nên

V

không đổi, và bình kín nên

n

không đổi. Từ

PV = nRT

suy ra

P/T

là hằng số, tức là

\frac{P_1}{T_1}=\frac{P_2}{T_2}.

Biểu thức này nói rằng áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối khi thể tích và số mol bị giữ nguyên.

4Bước 4: Thay số:

P_2 = P_1 \cdot \dfrac{T_2}{T_1} = 1{,}0 \times \dfrac{400}{300} = 1{,}33\ \text{bar}

. Kết quả giữ nguyên đơn vị bar vì tỉ số

400/300

không có đơn vị.

Sau khi đun từ 27°C lên 127°C, áp suất trong bình cứng tăng từ 1,0 bar lên khoảng 1,3 bar. Con số này hợp lí: nhiệt độ tuyệt đối chỉ tăng khoảng 33%, nên áp suất cũng chỉ tăng chừng ấy chứ không tăng gấp gần năm lần như tỉ số 127/27 gợi ra một cách sai lầm.

2Ví dụ 2/2

Một bình cứng chứa 1 mol Ne và 3 mol Ar. Ở 300 K, áp suất tổng đo được trong bình là 4 bar. Sau đó bình được đun nóng đến 400 K, thể tích bình và lượng khí đều không đổi.

aTính áp suất riêng phần của Ar ở 300 K.
bTính áp suất riêng phần của Ar sau khi bình được đun lên 400 K.

1Bước 1: Tính phân số mol (mole fraction) của Ar. Tổng số mol khí là

n_{tot} = 1 + 3 = 4\ \text{mol}

, nên

X_{Ar}=\frac{n_{Ar}}{n_{tot}}=\frac{3}{4}=0{,}75.

Tỉ số này cho biết cứ bốn phân tử khí trong bình thì có ba phân tử là Ar.

2Bước 2: Áp dụng định luật Dalton dưới dạng

P_{Ar}=X_{Ar}\,P_{tot}

, ta được

P_{Ar} = 0{,}75 \times 4 = 3\ \text{bar}

ở 300 K. Đây là đáp án của ý (a); phần còn lại, 1 bar, thuộc về Ne.

3Bước 3: Xét ý (b). Khi đun bình,

V

và

n

của từng khí đều giữ nguyên, nên mỗi khí thành phần tuân theo đúng tỉ lệ

P/T

hằng số như một khí riêng lẻ. Vì vậy áp suất riêng phần (partial pressure) của Ar biến đổi theo

P_{Ar,2}=P_{Ar,1}\cdot\frac{T_2}{T_1}=3\times\frac{400}{300}=4\ \text{bar}.

4Bước 4: Kiểm tra bằng đường vòng để chắc chắn. Áp suất tổng sau khi đun là

P_{tot,2} = 4 \times \dfrac{400}{300} = 5{,}33\ \text{bar}

, và vì tỉ lệ mol không đổi khi chỉ đun nóng nên

P_{Ar,2} = 0{,}75 \times 5{,}33 = 4{,}0\ \text{bar}

. Hai cách cho cùng một kết quả, xác nhận phép tính đúng.

Ở 300 K, Ar đóng góp 3 bar trong tổng 4 bar; sau khi đun lên 400 K, áp suất riêng phần của Ar tăng lên 4 bar (và áp suất tổng thành khoảng 5,3 bar). Điểm mấu chốt là việc đun nóng không làm thay đổi thành phần mol của hỗn hợp, nên Ar vẫn chiếm đúng 75% áp suất tổng ở cả hai nhiệt độ.

hằng số khí (sắp có)

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.