Đang tải bài học…
Đang tải bài học…
AP Chemistry
vapor
Hơi là trạng thái khí của một chất mà ở điều kiện thường tồn tại ở dạng lỏng hoặc rắn.
Hơi (vapor) là thuật ngữ dùng để chỉ một chất ở trạng thái khí khi nhiệt độ và áp suất thông thường khiến chất đó tồn tại dưới dạng lỏng hoặc rắn. Nói cách khác, nếu ta gặp một phân tử nước ở dạng khí trong không khí, ta gọi đó là hơi nước chứ không gọi là "khí nước", bởi vì nước ở 25 °C vốn là chất lỏng. Cách phân biệt này giúp nhà hóa học hình dung ngay được rằng chỉ cần hạ nhiệt độ hoặc tăng áp suất vừa đủ, hơi sẽ ngưng tụ trở lại thành lỏng mà không cần làm lạnh sâu như các chất khí thực sự (nitrogen, oxygen).
Quá trình hình thành hơi bắt nguồn từ việc các phân tử ở bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn hấp thụ năng lượng nhiệt, thắng được lực liên phân tử (intermolecular forces) giữ chúng lại với nhau, và thoát ra ngoài không gian phía trên. Nhờ đó, áp suất hơi (vapor pressure) của chất lỏng tăng dần cho đến khi đạt trạng thái cân bằng động với tốc độ ngưng tụ. Ở nhiệt độ sôi, áp suất hơi bằng áp suất khí quyển và quá trình bay hơi diễn ra trong toàn bộ khối chất lỏng.
Tuy nhiên, hơi khác với khí lý tưởng (ideal gas) ở chỗ các phân tử hơi vẫn chịu ảnh hưởng đáng kể của lực hút giữa chúng, nhất là khi áp suất cao hoặc nhiệt độ gần điểm ngưng tụ. Vì vậy, khi mô tả hành vi của hơi bằng phương trình khí lý tưởng , ta cần thận trọng: phương trình này chỉ cho kết quả chấp nhận được khi hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ đủ xa điểm sôi. Ngược lại, ở điều kiện gần bão hòa, người ta phải dùng các phương trình trạng thái phức tạp hơn như van der Waals để hiệu chỉnh.
Trực giác: Hãy tưởng tượng một đám đông người đang ngồi trong phòng kín: một vài người năng động nhất nhảy qua cửa sổ ra ngoài sân — đó chính là các phân tử thoát khỏi bề mặt chất lỏng để trở thành hơi.
1325–1375 (tiếng Anh trung đại)
Trước khi trở thành một thuật ngữ của phòng thí nghiệm, từ này chỉ đơn giản mô tả những gì người ta quan sát được trong đời sống thường ngày. Gốc Latin của nó, vapor, mang nghĩa "làn khí ấm thoát ra, hơi nước, hơi nóng" — tức là thứ bốc lên từ nồi nước sôi hay từ mặt đất ẩm buổi sớm. Nghĩa ấy được giữ gần như nguyên vẹn khi từ đi qua tiếng Pháp cổ rồi sang tiếng Anh, nơi nó tiếp tục chỉ sương mù, hơi ẩm và làn khí trắng đọng lại trước miệng khi trời lạnh. Vì vậy, cái nghĩa hóa học hiện đại — chất vốn ở thể lỏng nay tồn tại ở thể khí — vẫn nằm trọn trong hình ảnh gốc.
Chất lỏng hóa hơi trong bình kín không làm khối lượng bình thay đổi.
Đây chính là bẫy của câu hỏi về bình chứa iodine ở 127°C: nhiều học sinh nghĩ chất ở thể hơi thì "nhẹ hơn" nên bình nhẹ đi. Nhưng hóa hơi chỉ là đổi trạng thái, số nguyên tử trong bình vẫn nguyên vẹn, nên khối lượng bằng đúng lúc ở 27°C. Chỉ khi bình hở và hơi thoát ra ngoài thì khối lượng mới giảm.
Bay hơi (evaporation) không đòi hỏi phải đạt nhiệt độ sôi.
Ở mọi nhiệt độ, một phần phân tử ở bề mặt có động năng đủ lớn để thắng lực liên phân tử và thoát ra thành hơi. Sôi chỉ là mốc mà áp suất hơi (vapor pressure) bằng áp suất khí quyển, khi đó bọt hơi hình thành trong lòng chất lỏng. Vì vậy nói "chưa sôi thì chưa có hơi" là sai.
Áp suất hơi bão hòa không phụ thuộc vào lượng chất lỏng còn lại.
Nhiều học sinh cho rằng nhiều nước hơn thì áp suất hơi lớn hơn, hoặc bình to hơn thì áp suất hơi nhỏ đi. Thực ra ở cân bằng, tốc độ bay hơi và ngưng tụ chỉ do nhiệt độ và lực liên phân tử quyết định. Do đó đại lượng duy nhất làm áp suất hơi tăng là nhiệt độ.
Hơi vẫn là chất cũ, không phải chất mới sinh ra do phản ứng.
Khi rắn thăng hoa thành hơi tím, liên kết I–I vẫn còn nguyên; chỉ lực liên phân tử London giữa các phân tử bị phá vỡ. Học sinh hay viết nhầm rằng nhiệt làm đứt liên kết cộng hóa trị. Câu trả lời được điểm phải nói rõ: quá trình này thắng lực liên phân tử, không phải liên kết nội phân tử.
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.
Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy. Xuất bản .
Vì sao mang đúng cái tên này? Từ vapor đi vào tiếng Anh qua tiếng Pháp Anglo-Norman vapour và tiếng Pháp cổ vapor nghĩa là "hơi ẩm, hơi nước", và trực tiếp từ tiếng Latin vaporem (dạng nguyên là vapor), nghĩa là "làn khí ấm thoát ra, hơi nước, hơi nóng". Điều đáng chú ý là gốc Latin này gắn liền với ý niệm về sức nóng chứ không chỉ về thể khí, nên tên gọi đã hàm sẵn mối liên hệ giữa nhiệt và sự bay hơi — đúng cái ý mà các bài toán về áp suất hơi (vapor pressure) và nhiệt hóa hơi (heat of vaporization) khai thác. Nguồn gốc xa hơn của vapor trong tiếng Latin thì không chắc chắn; nó được cho là có họ với vapidus (nhạt, mất vị) và vappa (rượu vang đã bay hết hương), có lẽ cùng gốc với tiếng Hy Lạp kapnós nghĩa là "khói". Nhờ đó ta thấy một mạch nghĩa nhất quán: cái gì đó đã thoát ra ngoài, bay đi mất, để lại phần còn lại nhạt nhẽo.
Với câu "khối lượng thay đổi thế nào", trước hết phải xác định bình kín hay hở.
Giám khảo chấm ý bảo toàn khối lượng: viết thẳng rằng không có chất nào ra vào hệ nên khối lượng không đổi, kèm lý do trạng thái chỉ đổi từ rắn/lỏng sang hơi. Trả lời cụt "bằng nhau" mà không giải thích thường mất điểm lập luận.
Khi giải thích hiện tượng liên quan đến hơi, luôn gọi tên loại lực liên phân tử cụ thể.
Chỉ nói "lực liên phân tử mạnh nên khó bay hơi" là chưa đủ; phải chỉ rõ liên kết hydrogen (hydrogen bonding), lưỡng cực–lưỡng cực hay lực phân tán London, và so sánh dựa trên độ phân cực cùng kích thước đám mây electron. Đó là chỗ ăn điểm của phần trình bày.
Ở 27°C, iodine rắn thăng hoa một phần và tạo ra hơi cân bằng với tinh thể, nên khoảng không phía trên đã có màu tím. Khi đun lên 127°C, toàn bộ mẫu chuyển sang thể hơi nhưng vì bình kín nên không có vật chất nào thoát ra: khối lượng bình ở 127°C bằng khối lượng ở 27°C. Áp suất do mol hơi gây ra trong 2,00 L ở 400 K là atm.
Ở 25°C, chỉ có g nước tồn tại ở thể hơi, còn 0,977 g vẫn là chất lỏng. Khi tăng thể tích lên 2,00 L ở cùng nhiệt độ, áp suất vẫn giữ nguyên 23,8 torr vì áp suất hơi chỉ phụ thuộc vào bản chất chất lỏng và nhiệt độ; hệ chỉ đơn giản cho bay hơi thêm nước cho đến khi cân bằng được tái lập.