Năng lượng tối và hành trình khám phá bí ẩn lớn nhất trong vũ trụ

Trong đầu những năm 1990, các nhà khoa học có quan điểm khá thống nhất về sự giãn nở của vũ trụ. Họ cho rằng trọng lực làm chậm quá trình giãn nở của vũ trụ qua thời gian. Mặc dù quá trình chậm lại không được quan sát, nhưng theo lý thuyết, sự giãn nở của vũ trụ phải chậm lại. Trong vũ trụ đầy các vật chất và lực hấp dẫn kéo tất cả vật chất xích lại gần nhau.

Đến năm 1998, quan sát của kính viễn vọng không gian Hubble về các siêu tân tinh ở khoảng cách xa cho thấy rằng vũ trụ từ cách đây rất lâu đã giãn nở chậm hơn so với ngày nay.

Nên sự giãn nở của vũ trụ không bị chậm lại do trọng lực, giống như mọi người đã nghĩ mà quá trình này xảy ra nhanh hơn. Không ai biết có thể giải thích hiện tượng này, nhưng chắc chắn một điều gì đó là nguyên nhân gây ra hiện tượng này.

Cuối cùng, các nhà lý luận đã đưa ra 3 cách giải thích khác nhau. (1) Một giải thích dựa trên thuyết về trọng lực của Einstein, (2) trong khi giải thích khác cho rằng có một số chất lưu năng lượng bao trùm không gian và (3) giải thích còn lại cho rằng thuyết về trọng lực của Einstein có một số điểm chưa đúng.

Cho đến nay, các nhà lý luận vẫn chưa biết đâu là giải thích chính xác, nhưng họ đã thông nhất được tên gọi cho thủ phạm khiến vũ trụ giãn nở nhanh hơn, đó là năng lượng tối.

VẬT LÝ THƯỜNG THỨC I - BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH

Câu 1 : Trong chuyển động nào của Trái Đất thì ta có thể coi Trái Đất như một chất điểm ? Trong chuyển động nào của Trái Đất thì ta không thể coi Trái Đất như một chất điểm ?
Ta có thể coi Trái Đất và các hành tinh là những chất điểm khi xét chuyển động của chúng xung quanh Mặt Trời. Khi đó kích thước của chúng là rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng với Mặt Trời. Tuy nhiên khi xét chuyển động tự quay xung quanh trục của mình, Trái Đất không thể coi như một chất điểm được. 

Câu 2 : Có thể nói : Đối với người đi xe đạp , bàn đạp chuyển động tịnh tiến được không ? hãy giải thích.
Hai điểm bất kỳ trên bàn đạp có khoảng cách không đổi. Khi xe chuyển động, người đi xe đạp lên bàn đạp làm nó quay vòng tròn xung quanh trục giữa của xe. Hai điểm này vạch thành hai vòng tròn giống hệt nhau, chuyển động của bàn đạp là chuyển động tịnh tiến. 

Câu 3 : Hãy mô tả chuyển động của một người đi xe máy dựa vào đồ thị vận tốc theo thời gian ?
20 giây đầu chuyển động nhanh dần đều với gia tốc 1 m/s2 ; 120 s tiếp theo, chuyển động đều với vận tốc v = 20 m/s = 72 km/h ; 10 s cuối chuyển động chậm dần với gia tốc – 2 m/s2 và dừng lại. 

Câu 4 : Phân biệt độ dời và quãng đường đi được trong chuyển động cong trong khoảng thời gian t. Khi t rất nhỏ thì thế nào ?
Độ dời của chất điểm trong khoảng thời gian t1 đến t2 là một vectơ kẻ từ M1 đến M2, lần lượt là vị trí của chất điểm tại các thời điểm t1và t2. Quãng đường chất điểm đi được trong khoảng thời gian đó là độ dài của cung M1M2 trên quỹ đạo của chất điểm. Có thể nói độ dời là dây cung M1 M2 còn quãng đường đi là độ dời cung tương ứng. 

Câu 5 : Nói rõ đặc điểm của vectơ vận tốc và vectơ gia tốc trong chuyển động thẳng.
Trong chuyển động thẳng, vectơ vận tốc và vectơ gia tốc có phương trùng với quỷ đạo thẳng của chất điểm. Vectơ vận tốc cùng chiều với chiều chuyển động. Vectơ gia tốc có chiều của 

Câu 6 : Nói trong chuyển động tròn, gia tốc của chất điểm là gia tốc hướng tâm , đúng hay sai ? Giải thích.
Chưa đúng. Chỉ trong chuyển động đều thì gia tốc là gia tốc hướng tâm. Trường hợp chuyển động tròn không đều, gia tốc toàn phần còn có thành phần theo phương tiếp tuyến làm thay đổi độ lớn của vận tốc dài gọi là gia tốc tiếp tuyến. 

Câu 7 : Những đại lượng động học nào có tính tương đối ?
Các đại lượng động học mang tính tương đối : Tọa độ, độ dời, vận tốc là những đại lượng có tính tương đối. 

Câu 8 : Giải thích tại sao khi trời không có gió người ngồi trên xe chạy thấy mưa như rơi xiên góc ?
Gọi vận tốc rơi của giọt mưa đối với đất là v31, vận tốc của ôtô đối với đất là v21, vận tốc của giọt mưa đối với ôtô là v32. Theo công thức cộng vận tốc ta có :
Từ đó suy ra :
Tức là vận tốc của giọt mưa đối với người ngồi trên ô tô bằng hợp của vận tốc của giọt mưa đối với đất và vận tốc của đất đối với ô tô. Hai vận tốc này vuông góc với nhau nên người trên ô tô thấy giọt mưa rơi xiên góc. 

Câu 9 : Tại sao ở nhiều nước lại bắt buộc người lái xe và những người ngồi trong xe ô tô khoác một dây vòng qua ngực, hai đầu mốc vào ghế ngồi ?
Để khi xe bất ngờ dừng lại, theo quán tính người lái xe sẽ bật về phía trước sẽ gây nguy hiểm. Việc khoác một dây vòng qua ngực, hai đầu mốc vào ghế ngồi để tạo sự an toàn cho người ngồi trong xe. 

Câu 10 : Muốn rũ bụi ở quần áo, tra búa vào cán , ta làm động tác như thế nào , tại sao làm như vậy ?
– Khi rủ áo có bụi, bụi và áo cùng chuyển động. Khi áo dừng lại , do quán tính  bụi vẫn tiếp tục chuyển động nên bị văng ra ngoài.
– Ta gắn một đầu của lưỡi búa vào cán búa, rồi nền đầu cán búa còn lại xuống sán nhà. Khi cán búa dừng lại, do quán tính, lưỡi búa vẫn tiếp tục chuyển động theo hướng cũ nên búa được tra vào. 

Câu 11 : Bút máy bị tắt mực , ta có thể làm thế nào cho mực ra được mà không phải tháo thân bút ?
Khi bút máy bị tắt mực, ta vẩy bút cho ra mực. Khi ta dừng tay lại, do quán tính mực vẫn tiếp tục chuyển động nên bị văng ra ngoài. 

Câu 12 : Tại sao một vận động viên muốn đạt thành tích cao về môn nhảy xa thì lại phải luyện tập chạy nhanh ?
Để nhảy được xa , vận động viên cần đạt được một vận tốc lớn ngay sau khi dậm nhảy. Nhưng cơ thể vận động viên có quán tính, nên không thể tức thời đạt được vận tốc lớn, mà cần có một giai đoạn lấy đà. Vận động viên phải luyện tập chạy nhanh để đạt được một vận tốc ngay trước lúc dậm nhảy. 

Câu 13 : Hãy tìm thêm thí dụ trong thực tế về “tính ì” và “tính đà” của các vật ?
Thí dụ về tính ì của vật : Một người dùng tay đầy một chiếc xe có khối lượng lớn, thật là khó khăn lắm xe mới chuyển động được một quãng đường rất nhỏ.
Thí dụ về tính đà của vật : Một tản đá có khối lượng lớn đang lăn trên dóc núi, thật không đơn giản để làm hòn đá ngừng chuyển động. 

Câu : Tại sao khi nhảy từ trên cao xuống một đống cát hay một đống rơm thì lại không nguy hiểm bằng khi nhảy xuống sân gạch ?
Khi nhảy xuống sân gạch vận tốc của chân bị giảm một cách đột ngột đến không, nên gia tốc mà chân nhận được rất lớn. Theo định luật II Newton, phản lực của sân gạch tác dụng lên chân rất lớn làm gãy chân.
Trái lại, nếu nhảy xuống đống cát hay đống rơm thì vận tốc của chân giảm chậm hơn. Phản lực của đống cát hay đống rơm cũng nhỏ hơn. 

Câu 15 : Hệ cân bằng lực là gì ?
Vẽ hình minh hoạ trường hợp ba lực cân bằng nhau. Giá của chúng phải thoả mãn điều kiện gì ?
Vẽ hình minh hoạ trường hợp hai lực cân bằng nhau. Giá, chiều và độ lớn của chúng phải thoả mãn điều kiện gì ?
* Hệ cân bằng lực là hệ gồm nhiều lực tác dụng vào vật và lực tổng hợp của các lực này có độ lớn bằng 0
* Ba lực cân bằng nhau :
Do đó :
Như vậy nằm trong cùng một mặt phẳng với và . Vậy giá của 3 lực nằm trong cùng một mặt phẳng.
* Hệ hai lực cân bằng nhau.
Hai lực có cùng giá, ngược chiều, cùng độ lớn ( 2 lực trực đối). 

Câu 14 : Trong dân gian trước đây thường dùng câu “vụng chẻ khỏe nêm” để nói về tác dụng cái nêm trong việc chẻ củi. Nêm là một miếng thép có tiết diện hình tam giác, được cắm vào khúc củi. Tại sao gõ mạnh búa vào nêm thì cũi bị bửa ra ?
Lực F do búa tác dụng vào nêm có thể được phân tích thành hai lực thành phần F1và F2 vuông góc với hai má nêm. Gọi bề dày của sống nêm AB = h , chiều dài của má nêm AC = BC = l, ta có : F1 = F2 = F.
F1và F2 có tác dụng bửa khúc gổ ra. Vì l thường khá lớn so với h nên F1 và F2 khá lớn so với F. 

Câu 16 : Một quả bóng bay đến đập vào bức tường. Bóng bị bật trở lại, còn tường thì vẫn đứng yên. Như vậy có trái với định luật III Newton không ? Giải thích
Khi bóng đập vào tường, bóng tác dụng vào tường theo một lức F. Theo định luật III, tường tác dụng trở lại bóng một phản lực F. Vì tường gắn liền với đất nên có thể coi là khối lượng của nó rất lớn. Theo định luật II, gia tốc của tường rất nhỏ, đến mức mà ta không thể quan sát được chuyển động của nó. 

Câu 17 : Khi Dương và Thành kéo hai đầu dây thì dây không đứt, nhưng khi hai người cùng kéo một đầu dây đó, còn đầu kia thì cột chắt vào thân cây thì dây lại đứt ? Tại sao ?
Khi Dương và Thành cầm hai đầu dây mà kéo thì hai đầu dây chịu tác dụng của hai lực cân bằng nhau và . Còn nếu Dương và Thành cầm chung một đầu dây , đầu kia buộc vào thân cây thì hai người đã tác dụng vào đầu dây một lực gấp 2 F. Nhờ dây này mà Dương và Thành đã tác dụng vào cây một lực gấp đôi 2F .
Theo định luật III Newton cây cũng tác dụng trở lại dây một phản lực có độ lớn bằng 2F và thông qua dây để tác dụng trở lai Dương và Thành một lực bằng 2F. Kết quả là hai đầu dây chịu tác dụng của hai lực cân bằng lớn gấp đôi trường hợp ban đầu. Chính vì điều này mà dây bị đứt. 

Câu : Có hai chiếc thuyền ở trên cùng một hồ nước yên lặng. Hai người ngồi ở hai thuyền và cầm hai đầu một sợi dây để kéo. Hãy so sánh chuyển động của hai thuyền nếu khối lượng của chúng bằng nhau.
Hai thuyền chuyển động ngược chiều đến gần nhau với vận tốc luôn luôn bằng nhau về độ lớn vì chúng chịu những lực kéo luôn luôn trực đối nhau. 

Câu 18 : Một vật đặt trên mặt đất nằm ngang. Có những lực nào tác dụng vào vật, vào đất ? Có những cắp lực trực đối nào cân bằng nhau ? có những cắp lực trực đối nào không cân bằng nhau ?
Trái Đất tác dụng lên vật trọng lực . Vật ép lên bàn áp lực . Do đó bàn tác dụng lên vật một phản lực vuông góc với mặt bàn ( Gọi là phản lực tiếp tuyến )
Theo định luật III Newton : N = P
Vật đứng yên là do và cân bằng nhau N = P. Từ đó suy ra P = P. Ở trạng thái cân bằng, vật ép lên mặt đất một lực có độ lớn bằng trọng lượng của vật.
và : là hai lực trực đối cân bằng ( tác dụng lên cùng một vật )
và : là hai lực trực đối không cân bằng nhau ( tác dụng lên hai vật khác nhau ). 

Câu 19 : Khi đi bộ hoặc leo núi, ta chống gậy thì đỡ mỏi chân. Tại sao ?
Khi đi bộ hoặc leo núi, nếu không chống gậy thì chân ta phải đạp vào mặt đất, đất sẽ tác dụng một phản lực làm cho ta đi được. Động tác dụng đó lặp đi lặp lại nhiều lần khiến cho cơ chân bị mỏi. Khi chống gậy, ta dùng tay ấn mạnh gậy về phía sau, mặt đất sẽ tác dụng vào đầu gậy một phản lực hướng về phía trước. Phản lực này sẽ truyền qua gậy đến cơ thể ta , làm cho ta dịch chuyển về phía trước. Như vậy ta đã thay bớt hoạt động của chân bằng hoạt động của tay nên chân đỡ mỏi hơn. ( Một thí dụ tương tự : Người trượt tuyết hai tay cầm hai cái gậy chống xuống tuyết, cũng nhằm tạo phản lực để trượt đi được) 

Câu 20 : Tìm hiểu tác dụng của cái bàn đạp mà các vận động viên chạy cự li ngắn thường dùng khi xuất phát.
Khi xuất phát, vận động viên đạp mạnh vào bàn đạp, bàn đạp sẽ tác dụng một phản lực đẩy người đó về phía trước giúp vận động viên tạo một gia tốc lớn. 

Câu 21 : Khi chèo thuyền, muốn cho thuyền tiến hoặc lùi, phải làm thế nào ?
Muốn thuyền tiến lên, phải gạt mái chèo về phía sau, nước sẽ tác dụng lên mái chèo một phản lực đầy thuyền tiến về phía trước . Muốn thuyền lui lại, phải gạt mái chèo về phía trước, phản lực của nước sẽ đẩy thuyền lùi lại về phía sau. 

Câu 22 : An và Bình đi giầy patanh, mỗi người cầm một đầu sợi dây. Hỏi hai bạn sẽ chuyển động như thế nào nếu :
– Hai người cùng kéo
– An giữ nguyên một đầu dây, chỉ có Bình kéo.
Trong cả hai trường hợp, cả hai người đều di chuyển lại gần nhau. Ngay cả khi An giữ nguyên một đầu dây, chỉ có Bình kéo, thì lực kéo của Bình truyền qua dây và tác dụng vào An. Mặc dù không chủ động kéo nhưng trên thực tế An vẫn tác dụng trở lại sợi dây một phản lực. Phản lực này truyền qua dây tới Bình khiến Bình di chuyển về phía An.
Tuy nhiên, trường hợp hai người cùng kéo thì họ sẽ mau gặp nhau hơn là khi chỉ có Bình kéo . Vì khi hai người kéo thì họ cùng chuyển động tương đối so với sợi dây về phía nhau. Còn khi chỉ có Bình kéo thì chỉ có Bình chuyển động so với dây , còn An vẫn đứng yên so với dây. 

Câu 23 : Một khúc gổ đặt ở góc tường. Người ta tác dụng lực vào khúc gỗ theo hai cách :
– Dùng tay ép khúc gỗ vào tường.
– Dùng búa gõ rất nhanh vào khúc gỗ.
Hiện tượng xảy ra đối với khúc gỗ có gì khác nhau trong hai trường hợp đó ?
Khi tay ta tác dụng lực 1 lên khúc gỗ, lực này truyền qua khúc gỗ vào tường. Khúc gỗ sẽ tác dụng lên tường một lực 2. Tường sẽ tác dụng trở lại khúc gỗ phản lực 2. 2 cần bằng với 1 nên khúc gỗ đứng yên.
Nếu ta dùng búa gõ nhanh, lức 1 chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn, nên phản lực 2 của tường làm cho khúc gỗ dịch chuyển ra xa tường. 

Câu 24 : Tại sao hàng ngày ta không cảm nhận được lực hấp dẫn giữa ta với các vật xung quanh như bàn, ghế, tủ … ?
Trong công thức tính lực hấp dẫn giữa hai vật, ta nhận thấy ngoài việc lực hấp dẫn tỉ lệ thuận với khối lượng giữa hai vật và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng, lực hấp dẫn còn phụ thuộc vào hằng số hấp dẫn G = 6,67.10-11 Nm2/kg2. Do hằng số G rất nhỏ nên lực hấp dẫn cũng rất nhỏ điều này khiến chúng ta không cảm nhận được lực hấp dẫn giữa ta và mọi vật xung quanh như bàn, ghế, tủ … mắc dù giữa ta và các sự vật ấy có sự hiện diện của lực hấp dẫn. 

Câu 24 : Lực hấp dẫn giữa các vật có phụ thuộc vào bản chất của môi trường xung quanh chúng không ?
Theo định luật vạn vật hấp dẫn, lực hấp dẫn chỉ phụ thuộc vào khối lượng của các vật và khoảng cách giữa chúng, không hề phụ thuộc vào môi trường. 

Câu 25 : Phương chiều của trọng lực là phương chiều nào nào ?
Phương của trọng lực của một vật (coi là chất điểm) là đoạn thẳng nối từ vật đến tâm của Trái Đất
Chiều của trọng lực của một vật ( coi là chất điểm) là chiều hướng từ vật đó vào tâm Trái Đất. 

Câu 26 : Trọng trường tồn tại ở đâu ? Trọng trường có đặc điểm gì ?
Trọng trường tồn tại xung quanh Trái Đất .
Trọng trường có đặc điểm : Nếu ta lần lượt đắc các vật khác nhau tại một điểm, thì trọng trường gây ra cho các vật đó cùng một gia tốc như nhau. 

Câu 27 : Lực đàn hồi xuất hiện trong trường hợp nào ? Nêu rõ phương chiều của lực đàn hồi của lò xo, dây căng.
Lực đàn hồi xuất hiện khi vật bị biến dạng, và có xu hướng chống lại nguyên nhân gây ra biến dạng.
Lực đàn hồi ở lò xo :
– Phương : Trùng với phương của trục lò xo.
– Chiều : Ngược với chiều biến dạng của lò xo.
Lực đàn hồi ở dây căng :
– Phương : Trùng với chính sở dây.
– Chiều : Hướng từ hai đầu dây vào phần giữa của sợi dây. 

Câu 28 : Giải thích ý nghĩa của đại lượng k trong biểu thức Fđh = k.l
Từ biểu thức thức Fđh = k.l, ta thấy nếu xét nhiều lò xo cùng có một độ biến dạng l như nhau thì lực đàn hồi có giá trị càng lớn khi k càng lớn . vậy k đặc trưng cho khả năng tạo ra lực đàn hồi của lò xo và được gọi là hệ suất đàn hồi.
Mặt khác, ta có thể viết . Như vậy với cùng một lực tác dụng F như nhau, lò xo k càng lớn thì độ biến dạng càng nhỏ. Nói cách khác, lò xo có k càng lớn thì cáng cứng. Vì vậy k còn gọi là độ cứng của lò xo. 

Câu 29 : Nêu rõ vai trò của lực đàn hồi trong các thí dụ sau đây :
– Nút bấm ở bút bi.
– Hệ thống cung – tên
– Cầu bật của vận động viên nhảy cầu ( trên bể bơi )
– Bộ phận giảm xóc ở ô tô, xe máy.
* Thông thường khi dùng bút, ta phải bấm cho đầu bút thò ra. Khi đó lò xo bao quanh ruột bút bi nén, có một chốt hãm lò xo lại và đầu bút bi có một vị trí ổn định so với vỏ. Khi dùng xong, ta bấm để rút chốt hãm. Lò xo sẽ giãn ra kéo đầu bút tụt vào trong vỏ.
* Khi ta kéo dây cung tạo O cánh cung bị uống cong. Ở hai đầu cánh cung xuất hiện lực đàn hồi có xu hướng đưa cách cung về hình dạng ban đầu. Do đó, dây cung luôn ở trong tình trạng bị kéo căng. Hợp lực F của các lực căng T1 và T2 tác dụng vào mũi tên sẽ làm cho tên bay đi khi ta buông tay khỏi O.
* Trước khi biểu diễn nhào lộn, vận động viên phải dậm nhảy trên cầu bật một vài lần để cho cầu bị uống cong xuống dưới. Nhờ đó, cầu tác dụng lên vận động viên một lực đàn hồi mạnh , tung vận động viên lên cao để có điều kiện trình diễn được nhiều động tác.
* Nếu khung xe máy gắn liền với bánh xe, thì mỗi khi gặp đường xóc, yên xe sẽ nảy lên hoặc tụt xuống cùng với bánh xe, người đi xe rất khó chịu. Để khắc phục, khung xe được nối với trục bánh xe qua một lò xo. Khi bánh xe đi qua một mô đất nhô lên , bánh xe bị nẩy lên . Lò xo sẽ bị nén lại, và yên xe không bị nẩy lên cùng bánh xe. Khi bánh xe vượt khỏi đỉnh mô đất, lực đàn hồi làm cho lò xo giãn ra, khiến cho yên xe không bị lao xuống cùng bánh xe. Nhờ đó người ngồi trên xe đỡ bị xóc. 

Câu 30 : Vì sao bôi dầu mở lại giảm được ma sát ?
Khi bôi dầu mỡ, các chỗ xù xì giữa hai bề mặt sẽ không cọ sát trực tiếp với nhau, ma ngăn cách bởi một lớp dầu mỡ. Do đó lực ma sát giảm. 

Câu 31 : Trường hợp nào trong hai trường hợp sau đây có lực ma sát nghỉ :
– Quyển sách nằm yên trên mặt bàn nằm ngang.
– Quyển sách nằm yên trên mặt bàn nằm nghiêng.
* Khi quyển sách đặt trên mặt bàn nằm ngang các lực và đều vuông góc với mặt bàn, không có thành phần ngoại lực song song với mặt tiếp xúc, do đó không có lực ma sát nghĩ.
* Khi quyển sách đặt trên mặt bàn nghiêng, trọng lực có thành phần x song song với mặt tiếp xúc. Nếu vật vẫn nằm yên thì tức là lực ma sát nghĩ đã cân bằng với x . 

Câu 32 : Tại sao muốn sách một quả mít nặngphải bóp mạnh tay vào cuống của quả mít ?
Bóp mạnh để tăng áp lực vào cuống của quả mít , do đó tăng lực ma sát nghỉ giữa tay và cuống quả mít để lực ma sát có thể cân bằng với trọng lượng của quả mít. 

Câu 33 : Nhiều khi ô tô bị sa lầy, bánh xe quay tít mà xe không nhít lên được . Giải thích hiện tượng.
Khi bánh xe phát động của ô tô bị sa vào vũng lầy, lực ma sát do đất tác dụng vào bánh xe quá nhỏ, không đủ giữ cho điểm của bánh xe tiếp xúc với đất tạm thời đứng yên để cho xe chuyển lên được . Cách khắc phục : Chèn thêm gạch đá, hoặc lót ván vào vủng lấy nhằm tăng lực ma sát. 

Câu 34 : Vì sao muốn cho đầu tàu hỏa kéo được nhiều toa thì đầu tàu phải có khối lượng lớn ?
Lực phát động có tác dụng kéo đoàn tàu di chuyển chính là lực ma sát nghỉ do đường ray tác dụng lên các bánh xe phát động của đầu tàu. Muốn đầu tàu kéo được nhiều toa, lực ma sát này phải lớn. Muốn vậy, đầu tàu phải có khối lượng lớn.

Advertisemen

Hóa học cơ bản - SGK

Một số khái niệm và kiến thức hóa học cơ bản

Vietsciences- Võ Hồng Thái     30/10/2007

Những bài cùng tác giả

Môn hóa học được bắt đầu giảng dạy ở lớp 8 bậc phổ thông. Tuy nhiên một số học sinh do lơ là ở các lớp bắt đầu học môn này nên mất căn bản và thấy môn hóa học mông lung khó hiểu, dẫn đến không thích môn học này. Thực ra môn hóa học là môn học nhằm khảo sát sự biến hóa giữa các chất, từ các chất này có thể phản ứng với nhau để tạo ra các chất khác. Tại sao nó xảy ra được, tại sao không có phản ứng xảy ra, và nếu xảy ra thì sản phẩm là gì?...Phần lý thuyết và thực nghiệm cũng có nhiều điều thú vị nếu ta biết được các qui luật của nó.

Hiện nay khi thi tốt nghiệp trung học phổ thông hay thi tuyển vào đại học khối A, khối B còn thi môn hóa học và cách thi trắc nghiệm. Do đó các kiến thức cơ bản học sinh cần biết để vận dụng khi gặp các câu hỏi trắc nghiệm cụ thể. Trong các môn học, có lẽ môn hóa học là rất phong phú cho các câu hỏi trắc nghiệm, từ các kiến thức cơ bản, sơ đẳng nhất đến các kiến thức và các phép tính phức tạp. Điều này cho thấy để làm đúng các câu trắc nghiệm thì các kiến thức cơ bản của hóa học, người học cần phải nắm vững. Hơn nữa, khi học hóa học thì các khái niệm như nguyên tử, nguyên tố, khối lượng nguyên tử, mol, thù hình,...người học cần phải biết.

1. Nguyên tố hóa học

    Nguyên tố hóa học là loại nguyên tử (thứ nguyên tử) mà các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học thì có cùng số thứ tự nguyên tử Z (bậc số nguyên tử, số hiệu, số điện tích hạt nhân). Theo thông tin mới nhất, thì hiện nay được biết có 117 nguyên tố học, tức được biết có 117 loại nguyên tử. Tuy nhiên các nguyên tố có Z > 92 là các nguyên tố hóa học nhân tạo, do con người bắn phá các nguyên tố có sẵn mà phát sinh ra nguyên tố mới.

Thí dụ:  H₂SO₄ được tạo bởi 3 nguyên tố hóa học, đó là các nguyên tố hydrogen (loại nguyên tử hydrogen), nguyên tố lưu huỳnh (loại nguyên tử lưu huỳnh) và nguyên tố oxi (loại nguyên tử oxi)

2. Nguyên tử

    Nguyên tử là phần nhỏ nhất của một nguyên tố hóa học mà còn giữ được bản chất của nguyên tố đó.

    Thí dụ: Phân tử H₂SO₄ được tạo bởi 3 nguyên tố hóa học (3 loại nguyên tử) và 7 nguyên tử (2 nguyên tử H, 1 nguyên tử S và 4 nguyên tử O)

                Phân tử C₁₂H₂₂O₁₁ gồm 3 nguyên tố hóa học (nguyên tố cacbon, nguyên tố hydrogen và nguyên tố oxi) và 45 nguyên tử (12 nguyên tử cacbon, 22 nguyên tử hydrogen và 11 nguyên tử oxi)

    Như vậy, nguyên tố là loại nguyên tử, còn nguyên tử là phần nhỏ nhất của nguyên tố.

3. Phân tử

    Phân tử là phần nhỏ nhất của một chất (chất nguyên chất) mà còn giữ được tính chất (tính chất hóa học) của chất đó.

    Thí dụ:  Phần nhỏ nhất của nước mà còn giữ được tính chất của nước là một phân tử nước (H₂O). Phần nhỏ nhất của đường mà còn giữ được tính chất của đường (đường saccarozơ, saccharose, sucrose) là một phân tử đuờng (C₁₂H₂₂O₁₁).

Phân tử có thể gồm một nguyên tử tạo nên, như: He, Ne, Na, Cu, Fe (phân tử đơn nguyên tử). Phân tử có thể gồm nhiều nguyên tử tạo nên, như: CH₄, HCl, H₂, O₃, KMnO₄ (phân tử đa nguyên tử)

4. Ion

    Ion là tập hợp gồm một nguyên tử hay một số nguyên tử có mang điện tích.

    Ion mang điện tích dương gọi là ion dương hay cation.

    Ion mang điện tích âm gọi là ion âm hay anion.

    Ion dương được tạo ra do một nguyên tử hay một số nguyên tử đã mất bớt điện tử.

    Thí dụ: Na⁺; NH₄⁺; Mg²⁺; Al³⁺; CH₃NH₃⁺; Fe²⁺; Fe³⁺

    Ion âm được tạo ra do một nguyên tử hay một số nguyên tử đã nhận thêm điện tử vào.

    Thí dụ: Cl^-; OH^-; SO₄^2-; PO₄^3-; CH₃COO^-

5. Đơn chất

    Đơn chất là chất mà phân tử của nó gồm một nguyên tử hay các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học (cùng một loại nguyên tử).

    Thí dụ: Ne, Na, H₂, O₂, O₃, P, P₄, S, S₈, Cu, Cl₂, N₂, C là các đơn chất

6. Hợp chất

    Hợp chất là chất mà phân tử của nó gồm các nguyên tử của ít nhất hai nguyên tố hóa học tạo nên (ít nhất hai loại nguyên tử)

    Thí dụ: HCl, H₂O, CH₄, C₂H₆O, KMnO₄, C₆H₁₂O₆, C₃H₇NO₂S là các hợp chất

7. Khối lượng nguyên tử (Nguyên tử khối, Nguyên tử lượng)

    Khối lượng nguyên tử là khối lượng của nguyên tử đó được tính bằng đơn vị khối lượng nguyên tử. Đơn vị khối lượng nguyên tử hiện nay là đơn vị cacbon (đvC, u, amu, atomic mass unit)

    1 đơn vị khối lượng nguyên tử = 1 đvklnt = 1 đvC = 1 u = 1 amu = 1/12 khối lượng của một nguyên tử ¹²C  =1/(6,022.10²³) gam = 1,66.10^-24 gam

   Thí dụ: H có khối lượng nguyên tử bằng 1 (hiểu là 1 đơn vị khối lượng nguyên tử, hay 1 đvC hay 1 u), nghĩa là 1 nguyên tử H có khối lượng bằng 1/12 khối lượng của một nguyên tử ¹²C hay một nguyên tử H có khối lượng bằng đơn vị gam là 1/(6,022.10²³) gam = 1,66.10^-24 gam

                

                O có khối lượng nguyên tử bằng 16 đơn vị cacbon, hay một nguyên tử O có khối lượng gấp 16 lần so với 1/12 lần khối lượng của một nguyên tử ¹²C, hay một nguyên tử O có khối lượng tính bằng gam là 16.1/(6,022.10²³) gam = 2,6569.10^-23 gam

8. Khối lượng phân tử (Phân tử khối, Phân tử lượng)

Khối lượng phân tử là khối lượng của một phân tử được tính bằng đơn vị cacbon. Khối lượng phân tử bằng tổng khối lượng của các nguyên tử có trong phân tử.

Thí dụ: Khối lượng phân tử của nước (H₂O) bằng: 2(1) + 1(16) = 18 (18 đvC; 18 u). Một phân tử H₂O có khối lượng gấp 18 lần so với 1/12 khối lượng của một nguyên tử đồng vị ¹²C hay 1 phân  tử H₂O có khối lượng bằng 18/(6,022.10²³) gam = 2,989.10^-23 gam.

9. Khối lượng ion

    Khối lượng ion là khối lượng của một ion tính bằng đơn vị cacbon. Do khối lượng của các điện tử mất đi (tao ion duơng) hay nhận vào (tạo ion âm) rất không đáng kể so với khối lượng nguyên tử nên khối lượng ion bằng tổng khối lượng của các nguyên tử tạo nên ion.

    Thí dụ: Khối lượng của ion NH₄⁺ bằng 1(14) + 4(1) = 18 (18 đvC; 18 u) hay 18/(6,022.10²³) gam = 2,989.10^-23 gam

                     Khối lượng của ion SO₄^2- bằng 1(32) + 4(16) = 96 (96 đvC; 96 u) hay 96/(6,022.10²³) gam = 1,594.10^-22 gam

10. Mol

      Mol của một chất là một lượng của chất đó mà trong đó có chứa số phần tử nhỏ nhất của chất đó, mà còn giữ được bản chất của chất đó, bằng với số nguyên tử ¹²C có chứa trong 12 gam ¹²C. Số nguyên tử ¹²Ccó chứa trong 12 gam ¹²C là 6,022.10²³ (số Avogadro). Như vậy mol một chất là tập hợp gồm 6,022.10²³ phần tử (đơn vị) nhỏ nhất của chất đó nhưng còn giữ được bản chất của chất đó.

      Thí dụ: 1 mol H gồm 6,022.10²³ nguyên tử H

                  1 mol H₂ gồm 6,022.10²³ phân tử H₂

                  1 mol H⁺ gồm 6,022.10²³ ion H⁺

                  1 mol điện tử gồm 6,022.10²³ điện tử (electron)

                  2 mol OH^- gồm 2x6,022.10²³ ion OH^-

      Như vậy khái niệm mol giống như khái niệm chục hay tá trong sinh hoạt thường ngày. Một chục trứng gà là gồm 10 trứng gà. Một tá viết chì là gồm 12 cây viết chì. Tương tự, có thể nói, 1 mol trứng gà gồm 6,022.10²³ cái trứng gà. Tổng quát 1 mol chất nào đó (phân tử, nguyên tử, ion,...) gồm 6,022.10²³ đơn vị chất đó. 

11. Khối lượng mol nguyên tử (Nguyên tử gam)

      Khối lượng mol nguyên tử là khối lượng của một mol nguyên tử đó (khối lượng của 6,022.10²³ nguyên tử). Trên nguyên tắc, khối lượng mol nguyên tử có thể tính bằng bất cứ đơn vị khối lượng nào, như đvC, gam, kg, tấn, ... Tuy nhiên trong thực tế, khối lượng mol nguyên tử hiểu là tính theo đơn vị gam. Vì lý do đó mà khối lượng mol nguyên tử còn được gọi là nguyên tử gam. Về hình thức, khối lượng mol nguyên tử (hay nguyên tử gam) là khối lượng được tính bằng đơn vị gam mà có số chỉ bằng với số chỉ khối lượng nguyên tử của nguyên tử đó. Về ý nghĩa, khối lượng mol nguyên tử là khối lượng tính bằng đơn vị gam của 1 mol nguyên tử hay của 6,022.10²³ nguyên tử đó.

      Do 1 nguyên tử ¹²C có khối lượng 12 đvC, còn 12 gam là khối lượng của 1 mol ¹²C, nên khi thay đvC bằng gam thì hiểu là đã nhân lên 6,022.10²³ lần. Do đó khối lượng của 1 nguyên tử H là 1 đvC còn khối lượng của 1 mol H là 1 gam => khối lượng tính bằng gam của 1 nguyên tử H bằng 1/(6,022.10²³) gam => 1 đvC = 1/(6,022.10²³) gam = 1,66.10^-24gam.

      Thí dụ:  Nhôm (Al) có khối lượng nguyên tử là 27 đvC thì khối lượng mol nguyên tử của Al là 27 gam. Nghĩa là 1 mol Al hay  6,022.10²³ nguyên tử Al có khối lượng 27 gam. Như vậy khối lượng của 1 nguyên tử Al tính theo đơn vị gam là 27/(6,022.10²³) gam = 4,48356.10^-23 gam

12. Khối lượng mol phân tử (Phân tử gam)

      Khối lượng mol phân tử là khối lượng của 1 mol phân tử (hay của 6,022.10²³ phân tử). Tổng quát khối lượng mol phân tử có thể tính bằng bất cứ đơn vị khối lượng nào cũng được, nhưng trong thực tế người ta dùng đơn vị gam. Như vậy khối lượng mol phân tử là khối lượng của 1 mol phân tử được tính bằng đơn vị gam (nên khối lượng mol phân tử còn được gọi là phân tử gam). Do đó, về hình thức khối lượng mol phân tử là khối lượng tính bằng đơn vị gam của một lượng phân tử mà có số chỉ bằng số chỉ khối lượng phân tử của phân tử đó. Về ý nghĩa, đây là khối lượng tính bằng gam của 1 mol phân tử hay của 6,022.10²³ phân tử. (Từ đơn vị cacbon chuyển thành đơn vị gam thì đã tăng 6,022.10²³ lần, nên khi thế đvC bằng đơn vị gam thì đó là khối lượng của 1 mol phân tử).

      Thí dụ: H₂O có khối lượng phân tử là 18 đvC => khối lượng mol phân tử của H₂O là 18 gam. Tức 1 mol H₂O (hay 6,022.10²³ phân tử H₂O) có khối lượng là 18 gam => khối lượng tính bằng gam của 1 phân tử H₂O là 18/(6,022.10²³) gam = 2,989.10^-23 gam

      Trong quá trình dạy học tôi hỏi 1 phân tử nước có khối lượng bao nhiêu đơn vị cacbon thì đa số các bạn học sinh trả lời đúng là 18 đơn vị cacbon, còn tôi hỏi tiếp 1 phân tử nước có khối lượng bao nhiêu gam thì cũng có nhiều bạn học sinh trả lời là 18 gam. Trả lời như vậy là đã sai 6,022.10²³ lần (sai cả tỉ tỉ tỉ...lần)

      Để tưởng tượng số Avogadro (6,022.10²³) lớn như thế nào thì chúng ta làm thí nghiệm tưởng tượng như sau. Đem cân để lấy 18 gam nước, đây là khối lượng của 1 mol nước hay của 6,022.10²³ phân tử nước (H₂O). Lấy số phân tử H₂O có trong 18 gam nước này đem rải đều khắp bề mặt trái đất (có diện tích khoảng năm trăm mười triệu cây số vuông, 510 000 000 km² = 5,1.10¹⁸ cm²) thì bình quân mỗi cm² bề mặt trái đất có chứa hơn một trăm ngàn phân tử H₂O (6,022.10²³ phân tử/5,1.10¹⁸ cm² = 1,18.10⁵phân tử/cm²)

13. Khối lượng mol ion (Ion gam)

      Khối lượng mol ion là khối lượng của một mol ion hay của 6,022.10²³ ion. Tương tự khối lượng mol nguyên tử, khối lượng mol phân tử, khối lượng mol ion được tính bằng đơn vị gam. Như vậy khối lượng mol ion (hay ion gam) là khối lượng tính bằng đơn vị gam của 1 mol ion (hay của 6,022.10²³ ion). Về hình thức, khối lượng mol ion bằng khối lượng tính bằng gam của một lượng ion mà có số chỉ bằng số chỉ khối lượng ion của ion đó. Đây chính là khối lượng tính bằng gam của 1 mol ion hay của 6,022.10²³ ion.

      Thí dụ: SO₄^2- có khối lượng ion là 96 đvC => khối lượng mol ion của SO₄^2- là 96 gam. Nghĩa là 1 mol ion SO₄^2- (hay 6,022.10²³ ion SO₄^2-) có khối lượng là 96 gam => 1 ion SO₄^2-có khối lượng tính bằng gam là 96/(6,022.10²³) gam = 1,594.10^-22 gam

14. Từ khối lượng tính số mol

      Sau khi biết được khối lượng mol nguyên tử, khối lượng mol phân tử, khối lượng mol ion (nghĩa là biết được 1 mol nguyên tử, 1 mol phân tử, 1 mol ion có khối lượng bằng bao nhiêu gam), thì từ khối lượng tính bằng gam của một lượng nguyên tử, phân tử hay ion nào đó, chúng ta tính được dễ dàng trong khối lượng đó có bao nhiêu mol nguyên tử (phân tử hoặc ion). Chúng ta lấy khối lượng tính bằng gam của nguyên tử (phân tử hoặc ion) đem chia cho khối lượng của 1 mol nguyên tử (phân tử hoặc ion) thì sẽ biết được số mol nguyên tử (phân tử hoặc ion).

n_A = m_A/M_A

      n_A: số mol A

      m_A: khối lượng của A (tính bằng đơn vị gam)

      M_A: khối lượng mol của A (nguyên tử gam hoặc phân tử gam hoặc ion gam, tùy theo A là nguyên tử hoặc phân tử hoặc ion)

      Cách tính số mol kiểu này cũng giống như cách làm bài toán chia ở lớp cấp 1: Một cuốn tập có giá 3 000 đồng, như vậy với 15 000 đồng thì mua được bao nhiêu cuốn tập?

15 000 đ/(3 000 đ/cuốn) = 5 cuốn.

      Thí dụ: Tính:

-         Số mol Fe có trong 28 gam Fe

-         Số mol CO₂ có trong 11 gam CO₂

-         Số mol NH₄⁺ có trong 27 gam NH₄⁺

                    (Cho biết: Fe = 56; C = 12; O = 16; N = 14)

      Khi đầu bài cho Fe = 56 thì hiểu là 1 nguyên tử Fe có khối lượng nhiều gấp 56 lần so với 1/12 khối lượng của 1 nguyên tử ¹²C nên không cần đơn vị (bao nhiêu lần nên không cần ghi). Nếu để đơn vị thì ghi là 56 đvC/nguyên tử (1 nguyên tử Fe có khối lượng 56 đvC) hay 56 gam/mol (1 mol Fe có khối lượng 56 gam). Chúng ta nên hiểu theo cách 56 gam/mol để cụ thể hóa và dễ tính toán tìm số mol hơn. Tương tự,  C = 12 => 1 mol C có khối lượng là 12 gam; O = 16 => 1 mol O có khối lượng 16 gam; N = 14 => 1 mol N có khối lượng 14 gam.

      n_Fe = 28g/(56g/mol) = 0,5 mol Fe    

      n_CO2  = 11g/(44g/mol) = 0,25 mol CO₂     

      n_NH3  = 27g/(18g/mol) = 1,5 mol NH₃

 

15. Định luật Avogadro (chỉ áp dụng cho chất khí hay hơi)

      Trong cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất thì các thể tích khí hay hơi bằng nhau sẽ chứa số phân tử khí hay hơi bằng nhau (hay số mol bằng nhau)

      Thí dụ:   Ở 27,3ºC; 1atm thì 2,464 lít khí H₂ có chứa 6,022.10²² phân tử H₂ hay 0,1 mol H₂

                    Ở 27,3ºC; 1atm thì 2,464 lít khí CH₄ có chứa 6,022.10²² phân tử CH₄ hay 0,1 mol  CH₄

                    Ở 27,3ºC; 1atm thì 2,464 lít hơi nước (H₂O) có chứa 6,022.10²² phân tử H₂O hay 0,1 mol H₂O

                    Ở 27,3ºC; 1atm thì 2,464 lít khí heli (He) có chứa 6,022.10²² phân tử He hay 0,1 mol He

      Chắc có bạn học sinh thắc mắc tại sao có phân tử khí hay hơi kích thước lớn nhỏ khác nhau, mà cùng thể tích lại chứa cùng số phân tử, hơi khó hiểu. Đáng lẽ phân tử có kích thước lớn thì số phân tử phải ít hơn, còn phân tử có kích thước nhỏ thì phải có số phân tử nhiều hơn chứ (trong cùng một thể tích bình chứa bằng nhau). Điều thắc mắc này đúng với chất lỏng hay chất rắn, vì khi ở dạng lỏng hay rắn thì các phân tử tiếp xúc nhau, nên nếu phân tử kích thước lớn thì chiếm thể tích lớn, còn phân tử kích thước nhỏ thì chiếm thể tích nhỏ, nên nếu hai thể tích bình chứa bằng nhau, bình chứa phân tử kích thước nhỏ sẽ chứa số phân tử nhiều hơn so với số phân tử có kích thước lớn. Tuy nhiên khi ở dạng khí thì các các phân tử ở cách xa nhau, khoảng cách giữa hai phân tử rất lớn so với kích thước của phân tử. Trong cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất, coi như khoảng cách trung bình giữa các phân tử khí bằng nhau, không phụ thuộc vào kích thuớc lớn hay nhỏ của phân tử, nên trong cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất, các thể tích khí bằng nhau sẽ chứa số phân tử bằng nhau. Giống như khi để tiếp xúc nhau thì khoảng cách giữa hai trái banh tennis sẽ nhỏ, còn khoảng cách hai trái banh dùng trong bóng đá sẽ lớn. Nhưng nếu đặt hai quá banh tennis mỗi trái đặt ở một góc sân xa nhau, tương tự đặt hai trái banh bóng đá, mỗi trái đặt ở mỗi góc sân xa nhau (cùng một sân), thì coi như khoảng cách giữa hai trái banh tennis và khoảng cách giữa hai trái banh bóng đá là bằng nhau.

      Trong cách nói của tiếng Việt thì khi nói “khí” hiểu là bình thường (điều kiện thường, 25ºC, 1 atm) chất này hiện diện ở dạng khí, còn khi nói “hơi” thì hiểu là bình thường chất này có thể không ở dạng khí mà ở dạng lỏng hay rắn. Thí dụ người ta nói khí hydrogen, khí cacbonic (không nói hơi hydrogen, hơi cacbonic, vì ở điều kiện thường, hydrogen, cacbonic hiện diện ở dạng khí) trong khi người ta nói hơi nước, hơi thủy ngân (không nói khí nước, khí thủy ngân, vì bình thường nước cũng như thủy ngân hiện diện chủ yếu ở dạng lỏng). Tuy nhiên khi nói hơi, hiểu là lấy dạng khí của nó.

      Hệ quả của định luật Avogadro

      Trong cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất, 1 mol bất kỳ khí hay hơi nào củng đều chiếm thể tích bằng nhau. Đặc biệt ở điều kiện tiêu chuẩn (0ºC, 1atm) 1 mol bất kỳ khí, hơi hay hỗn hợp khí hơi nào cũng đều chiếm thể tích bằng nhau, bằng 22,4 lít hay 22 400 mL hay 22 400 cm³.

      Thí dụ: Ở 27,3ºC; 1atm, thì 1 mol khí CH₄ chiếm thể tích 24,64 lít

                  Ở 27,3ºC; 1atm, thì 1 mol khí H₂ chiếm thể tích 24,64 lít

                  Ở 27,3ºC; 1atm, thì 1 mol hơi nước (H₂O) chiếm thể tích 24,64 lít

                  Ở điều kiện tiêu chuẩn (0ºC, 1atm), 1 mol khí CH₄, 1 mol khí H₂, 1 mol hơi nước đều chiếm thể tích bằng nhau, đều bằng 22, 4 lít

16. Tính số mol của một chất khí khí hay hơi khi biết thể tích của nó ở điều kiện tiêu chuẩn

      Cách tính số mol ở số (14) áp dụng cho mọi chất (nguyên tử, phân tử, ion, dạng rắn, dạng lỏng hay dạng khí) bằng cách lấy khối lượng của chất đó chia cho khối lượng của 1 mol chất đó sẽ được số mol chất đó. Ngoài ra, với chất khí hay hơi khi biết thể tích của khí hay hơi này ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc), để tính số mol của lượng thể tích đo ở đktc thì chúng ta lấy thể tích khí đem chia cho thể tích của 1 mol khí (ở đktc). Nếu thể tích tính bằng đơn vị lít thì lấy thể tích này đem chia cho 22,4 líl/mol, còn nếu thể tích khí tính bằng mL (hay cm³) thì lấy thể tích khí đem chia cho 22400 mL/mol (hay 22400 cm³/mol)

n_A = V_A(L)/22,4(L/mol)

n_A = V_A(mL)/22400(mL/mol)

     n_A: số mol khí (hay hơi) A

     V_A(L): thể tích khí A ở đktc tính bằng đơn vị lít

     22,4(L/mol): thể tích của 1 mol khí ở đktc, tính bằng đơn vị lít

     V_A(mL): thể tích của khí A ở đktc, tính bằng đơn vị mL hay cm³

     22400 (mL/mol): thể tích của 1 mol khí ở đktc tính bằng đơn vị mL hay cm³

    

     Thí dụ: Tính:

                          - Số mol H₂ có trong 44,8 lít H₂ (đo ở đktc)

                          - Số mol H₂O có trong 112 mL hơi  nước (đktc)

                          - Số phân tử NH₃ có trong 560 cm³ NH₃ (đktc)

                          - Số gam C có trong 11,2 lít CO₂ (đktc)

                  (Cho biết C = 12)

   

                  n_H2 = 44,8L/(22,4L/mol) = 2 mol H₂     

                n_H2O = 112mL/(22400mL/mol) = 0,005 mol H₂O 

                n_NH3 = 560cm³/(22400cm³/mol) = 0,025 mol NH₃                          

                   => có 0,025 mol.(6,022.10²³ phân tử/mol) = 1,5055.10²² phân tử NH₃

                 n_CO2 = 11,2L/(22,4L/mol) = 0,5 mol CO₂

                  => có 0,5 mol C (do 1 mol CO₂ có chứa 1 mol C) => 0,5mol.(12g/mol) = 6 gam C

      Chú ý: 1 L = 1 dm³ = 1 000 cm³ = 1 000 mL => 1 mL = 1 cm³

                  1 m³ = 1 000 dm³ = 1 000 L

17. Phương trình trạng thái khí lý tưởng

      Khí lý tưởng là khí không có thể tích riêng (nghĩa là nếu dùng áp suất đủ lớn thì có thể nén một thể tích khí lý tưởng về trị số không (0), trong khi khí thật không thể về thể tích bằng 0 được, khi nén một thể tích khí thật ở áp suất thật cao thì các khí thật hóa lỏng rồi hóa rắn, có các phân tử ở sát bên nhau không có thể tích bằng 0). Khí lý tưởng cũng không có lực hút liên phân tử (lực Van der Waals), giữa các phân tử khí lý tưởng không có lực hút lẫn nhau, trong khi giữa các phân tử khí thật luôn luôn hiện diện lực hút giữa các phân tử với nhau. Do đó khí lý tưởng không có thật, tuy nhiên để đơn giản hóa phép tính, không sai số nhiều, thì người coi khí như là khí lý tưởng (ở áp suất không cao quá, nhiệt độ không thấp quá).

      Ở phổ thông, coi tất cả các khí đều là khí lý tưởng, nên chúng ta có thể áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho mọi khí cũng như hơi để tính số mol khí hay hơi khi biết thể tích khí hay hơi đo ở điều kiện không tiêu chuẩn (nhiệt độ khác 0ºC hay áp suất khác 1atm)

pV = nRT

      p: áp suất của khí, trên nguyên tắc có thể tính bằng bất cứ đơn vị áp suất nào cũng được, như: atm, mmHg (torr), cmHg, N/m² (Pa, Pascal), dyn/cm² (bari, barye), bar (1 bar = 10⁶bari ≈1atm)...

      V:  thể tích khí, trên nguyên tắc có thể tính bằng bất cứ đơn vị thể tích nào cũng được, như L (dm³), mL (cm³), m³,...

      n: số mol khí (khí lý tưởng)

      R: hằng số khí lý tưởng, R có nhiều trị số tùy theo đơn vị của áp suất p và của thể tích V. Tuy nhiên để giúp tính nhanh số mol chất khí và dễ nhớ thì ta nên thuộc lòng trị số của R = 22,4/273 (lít.atm.mol^-1.K^-1) ≈ 0,08205 lít.atm.mol^-1.K^-1. Khi đã dùng trị số R = 22,4/273 thì bắt buộc đơn vị áp suất p phải là atm, đơn vị của thể tích V phải là lít. Còn nhiệt độ T thì luôn luôn là nhiệt độ tuyệt đối K (Kenvil)

     T: nhiệt độ của khí, bắt buộc phải dùng nhiệt độ K. Trong hầu hết bài toán hóa học, người ta cho nhiệt độ bách phân ºC (Celsius). Công thức đổi từ độ C sang độ K là:

T(K) = t(ºC) + 273

      Sự liên hệ giữa các đơn vị áp suất và thể tích thường gặp để đổi đơn vị cho đúng:

     1 atm = 760 mmHg = 76 cmHg =>

                                                             1 mmHg = 1/760 atm;    1 cmHg = 1/76 atm

     1 L = 1 000 mL = 1 000 cm³ => 1 mL = 1 cm³ = 0,001 L

      Để tìm trị số của R ta coi như có 1 mol khí lý tưởng ở đktc (0ºC; 1atm):

      Từ pV = nRT => 

                             R = pV/(nT) = [1atm.22,4L]/[1mol.(0 + 273)K] = 22,4/273 L.atm.mol^-1.K^-1

      Khi thay trị số p, V (V của 1 mol khí) ở đktc theo các đơn vị áp suất, thể tích khác nhau, ta sẽ tính được R có các trị số khác nhau, tùy theo đơn vị của áp suất và thể tích đã dùng.

      Thí dụ: Tính: - Số mol CO₂ có trong 492,8 mL CO₂ đo ở 27,3ºC; 1 atm

- Số mol của H₂O có trong 168 cm³ hơi nước đo ở 136,5ºC; 836 mmHg

- Số phân tử CH₄ có trong 0,5376 m³ metan (54,6ºC; 68,4 cmHg)

      n_CO2 = pV/RT = [1atm.0,4928L]/[(22,4/273)(L.atm.mol^-1.K^-1).(27,3 + 273)K] = 0,02 mol

      n_H2O = pV/RT = [1atm.0,168L]/[(22,4/273)(L.atm.mol^-1.K^-1).(136,5 + 273)K] = 0,005 mol

 n_CH4 = pV/RT = [(68,4/76)atm.537,6L]/[(22,4/273)(L.atm.mol^-1.K^-1).(54,6 + 273)K] = 18 mol

  => 18 mol.(6,022.10²³ phân tử/mol) ≈ 1,084.10²⁵ phân tử CH₄

Tôi để đơn vị để thấy phải dùng đơn vị thích hợp, khi tính toán nhanh thì ta hiểu ngầm, không viết đơn vị trong phép toán, nhưng kết quả sau cùng phải để đơn vị (vì con số không có đơn vị thì không có ý nghĩa). Do bài viết đưa lên mạng nên các phép chia thường viết theo hàng ngang. Khi làm bài hay soạn lại thì nên viết số bị chia đặt ở trên còn số chia đặt bên dưới và có gạch (dạng phân số) để dễ theo dõi hơn.

Như vậy khi bài toán hóa học cho biết một luợng thể tích khí đo ở điều kiện không tiêu chuẩn, ta áp dụng công thức pV = nRT để tính số mol khí có trong lượng thể tích này như đã trình bày trên (từ bộ ba V, T, p ta tính được số mol khí n). Cách này có thể áp dụng trong hầu hết các trường hợp để tính số mol khí có khi biết thể tích khí đo ở điều kiện nhiệt độ, áp suất nào (kể cả đktc). Tuy nhiên, nếu không muốn dùng trị số R hay không nhớ cách đổi đơn vị áp suất, thể tích, thì ta có thể áp dụng công thức:

p₂V₂/T₂ = p₁V₁/T₁    hay   pV/T = p₀V₀/T₀     

p₂, p₁: áp suất của khí ứng với sau và trước, dùng bất cứ đơn vị áp suất nào cũng được, nhưng phải đo cùng một đơn vị áp suất

V₂, V₁: thể tích của khí ứng với sau và trước, dùng bất cứ đơn vị thể tích nào cũng được, nhưng phải cùng đo cùng đơn vị thể tích

T₂, T₁: nhiệt độ khí ứng với sau và trước, bắt buộc phải dùng nhiệt độ tuyệt đối K (không được dùng nhiệt độ C, do đó phải đổi nhiệt độ C ra nhiệt độ K bằng cách dùng công thức: T = t + 273)

p₀ = 1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg: áp suất ở đktc

T₀ = 273K: nhiệt độ ở đktc

V₀: thể tích khí ở đktc (V₀ = 22,4 L = 22 400 mL nếu có 1 mol khí.

                                      V₀ = n.22,4L = n.22 400 mL nếu có n mol khí)

p, V, T: áp suất, thể tích, nhiệt độ của khí ở điều kiện bất kỳ (không tiêu chuẩn)

Các công thức được áp dụng trong trường hợp số mol khí n không đổi, n mol khí này có thể tích ở các nhiệt độ, áp suất khác nhau mà thôi.

Công thức p₂V₂/T₂ = p₁V₁/T₁ được dùng để tính thể tích khí V₂ ở p₂, T₂ khi biết thể tích khí đó V₁ ở p₁, T₁

Còn công thức pV/T = p₀V₀/T₀ được dùng để tính thể tích khí đo ở đktc p₀, T₀, khi biết thể tích khí V ở ở điều kiện không tiêu chuẩn p, T. Từ V₀ tính được, ta đổi ra số mol khí bằng cách dùng công thức:

n = V₀(L)/22,4(L/mol)    hay   n = V₀(mL)/22400(mL/mol)

Các công thức trên được suy ra từ công thức pV = nRT:

 p₂V₂ = nRT₂   =>  nR = p₂V₂/T₂  (*)                   p₁V₁ = nRT₁ =>  nR = p₁V₁/T₁   (**)

    So sánh (*), (**)  =>

p₂V₂/T₂ = p₁V₁/T₁

    Thí dụ: Có một lượng khí metan ở 30ºC, 760 mmHg có thể tích 3 m³. Ở nhiệt độ 90,6ºC, áp suất 570 mmHg thì thể tích lượng khí metan trên bằng bao nhiêu?

                p₂V₂/T₂ = p₁V₁/T₁ => V₂ = (p₁V₁/T₁)(T₂/p₂)

                V₂ = [(760mmHg.3m³)/(30 + 273)K ][(90,6 + 273)K/570mmHg] = 4,8 L

                Tính số mol H₂ có trong 32 lít đo ở 27ºC, 912 mmHg:

                p₀V₀/T₀ = pV/T => V₀ = (pV/T)(T₀ /p₀)

                V₀ = [(912mmHg.32L)/(27 + 273)K ][(0 + 273)K/760mmHg] =34,944 L

                => Số mol H₂ = 34,944L/22,4(L/mol) = 1,56 mol H₂

18. Tỉ khối hơi của chất A so với chất B

      Tỉ khối là so sánh khối lượng, nghĩa là muốn biết chất nào nặng hơn, chất nào nhẹ hơn và nặng hay nhẹ hơn bao nhiêu lần. Tỉ khối hơi của chất A so với chất B nghĩa là muốn biết ở dạng hơi (hay khí) thì hơi A nặng hay nhẹ hơn hơi (khí) B bao nhiêu lần. Mà muốn so sánh khối lượng giữa A và B thì phải là lấy hai khối lượng của A và B của cùng một thể tích bằng nhau. Sau đó lấy khối lượng của A đem chia cho khối lượng của B (hai khối lượng của cùng thể tích, thể tích A bằng thể tích B), nếu kết quả phép chia > 1, tức là A nặng hơn B, còn nếu kết quả phép chia < 1, thì A nhẹ hơn B, còn nếu tỉ số khối lượng này bằng 1, tức là A, B nặng nhẹ bằng nhau.

      Theo hệ quả của định luật Avogadro, trong cùng một điều kiện về nhiệt độ và áp suất thì 1 mol bất kỳ khí hay hơi nào cũng đều chiếm thể tích bằng nhau (nếu là điều kiện tiêu chuẩn thì 1 mol mọi khí đều chiếm thể tích bằng nhau là 22,4 lít). Mà 1 mol A có khối lượng là M_A gam, còn 1 mol B có khối lượng là M_B gam. Do đó tỉ khối hơi của A so với B, ký hiệu d_A/B được tính như sau:

d_A/B = M_A/M_B

     M_A, M_B là khối lượng (gam) của 1 mol A, 1 mol B, khối lượng của cùng một thể tích bằng nhau (bằng 22,4 lít, nếu là đktc)

     d_A/B > 1 => hơi (khí) A nặng hơn hơi (khí) B

     d_A/B  < 1 => hơi A nhẹ hơn hơi B

     d_A/B = 1 => hơi A và B nặng bằng nhau

      Thí dụ:  dCH₄/H₂ = MCH₄/MH₂ = 16/2 = 8

      Như vậy, tỉ khối của khí metan so với khí hydrogen bằng 8. Nghĩa là khí metan nặng hơn khí hydrogen 8 lần. Hai thể tích bằng nhau của khí metan và khí hydrogen, khí hydrogen chiếm 1 phần khối lượng thì khí metan chiếm 8 phần khối lượng.

     

       Trung bình 1 mol không khí có khối lượng 29 gam, nên tỉ khối hơi của chất A so với không khí được tính nhu sau:

dA/KK  = M_A/M_KK = M_A/29

      

      Thí dụ: Tỉ khối của khí axetien (C₂H₂) so với không khí

                  dC₂H₂/KK = MC₂H₂/M_KK = 26/29 = 0,896  

=> axetilen nhẹ hơn không khí 0,896 lần

Axetilen nhẹ hơn không khí (nên được bơm làm bong bóng bay). Hai thể tích bằng nhau của không khí và axetilen, nếu không khí chiếm 1 phần khối lượng thì axetilen chiếm 0,896 phần khối lượng.

Với chất khí hay hơi, khi nói tỉ khối của nó hiểu là so sánh với không khí, nên ta áp dụng công thức

               d_A(khí) = d_A/KK = M_A/29                      d_{hơi X} = d_X/KK = M_X/29

Thí dụ:   dH₂ = dH₂/KK = MH₂/MKK = 2/29          dhơi nước = dH₂O/KK = MH₂O/MKK = 18/29 = 0,62     

Hơi nước nhẹ hơn không khí. Hai thể tích bằng nhau của không khí và hơi nước, không khí chiếm 1 phần khối lượng thì hơi nước chiếm 0,62 phần khối lượng.

Khi nói tỉ khối hơi của A so với B thì A, B có thể không phải là dạng khí ở điều kiện thường (25ºC, 1atm) mà có thể là dạng lỏng hay dạng rắn, tuy nhiên ta lấy dạng hơi (khí) của nó để so sánh khối lượng với nhau.

Thí dụ:

        dH₂O /He = MH₂O /MHe = 18 /4 = 4,5   => hơi nước nặng hơn khí heli 4,5 lần

       dHg/CH₄ = MHg/MCH₄ = 200,6/16 = 12,5375   => hơi thủy nặng hơn khí metan 12,5375 lần  

(nước và thủy ngân hiện diện dạng lỏng ở điều kiện thường, nhưng cách tính tỉ khối như thí dụ trên, ta lấy hơi nước, hơi thủy ngân để so sánh với khí heli, khí metan, chứ không phải lấy nước lỏng hay thủy ngân lỏng)

Khi đầu bài toán hóa học cho biết tỉ khối hơi của A so với B (thường chất B đã biết M_B rồi, như H₂, N₂, He, CH₄, không khí,..) nên từ dữ kiện này giúp ta tính được khối lượng phân tử của chất A.

d_B/A = M_A/M_B => M_A = d_B/A.(M_B)

Thí dụ: A là một chất hữu cơ có tỉ khối hơi so với hydrogen bằng 15

             dA/H₂ = MA/MH₂ = MA/2 = 15 =>  MA = 15.2 = 30  (30 đvC, 30 u, 30 g/mol)

Từ dữ kiện tỉ khối hơi của hỗn hợp A so với B, giúp ta tính được khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp A

dhhA/B = MtbhhA/MB => MtbhhA = (dhhA/B).MB

Thí dụ: Tỉ khối hơi của hỗn hợp A gồm hai hydrogencacbon đồng đẳng liên tiếp so với heli bằng 6,45 (hỗn hợp hơi A nặng hơn khí heli 6,45 lần). Hãy cho biết công thức của mỗi chất trong hỗn hợp A.  

              (C = 12; H = 1; He = 4)

              dhhA/He = MtbhhA/MHe = MtbhhA/4 = 6,45 =>  MtbhhA = 6,45.4 = 25,8

              MtbhhA: khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp A

              1 mol hỗn hợp A có khối lượng phân tử trung bình bằng 25,8 đvC (hay 1 mol hỗn hợp A có khối lượng 25,8 gam).

  Mà ba hydrogencacbon có khối lượng phân tử nhỏ nhất được biết là: CH₄ (M = 16); C₂H₂ (M = 26); C₂H₄ (M = 28). Hỗn hợp hydrogencacbon A có khối lượng phân tử trung bình bằng 25,6 như vậy trong hỗn hợp A phải có ít nhất một chất có M < M_tbhhA= 25,8. Do đó trong hỗn hợp A phải có CH₄ để có M = 16 < M_tbhhA= 25,8. Và chất đồng đẳng kế tiếp phải là etan (C₂H_6, M = 30 > M_tbhhA)

              Tính chất của đại lượng trung bình là nằm trung gian giữa các đại lượng của các chất có trong hỗn hợp, nghĩa là đại lượng trung bình lớn hơn đại lượng nhỏ và nhỏ hơn đại lượng lớn của các chất có trong hỗn hợp. Để dễ hiểu, ta coi như số tiền trung bình của hai người, một người có 10 000 đồng, người kia có 20 000 đồng. Tổng số tiền của hai người là 10 000 đ + 20 000 đ = 30 000 đ. Như vậy số tiền trung bình của hai người này là: 30 000 đ/2 người = 15000 đ/người. Ta thấy:

10 000 đ < 15 000 đ < 20 000 đ

19. Tỉ khối của một chất rắn, chất lỏng hay dung dịch (lỏng)

      Khi nói tỉ khối của một chất rắn, chất lỏng hay của một dung dịch (dung dịch lỏng) thì hiểu là so sánh khối lượng của chất rắn, chất lỏng hay dung dịch đó với nước (dạng lỏng) nhằm biết chất đó nặng hay nhẹ hơn nước bao nhiêu lần. Muốn vậy người ta lấy khối lượng của vật và khối lượng của nước (khối lượng của hai thể tích bằng nhau của vật và nước), đem so sánh, bên nào có khối lượng lớn hơn thì nặng hơn.

     

      Tỉ khối hiểu là nặng hay nhẹ hơn bao nhiêu lần nên không có đơn vị. Còn khối lượng riêng là khối lượng của một vị thể tích, nên có đơn vị, như g/mL, kg/L, g/cm³, kg/dm³...Do nước dạng lỏng có khối lượng riêng 1g/mL (hay 1g/cm³ hay 1 kg/L, 1kg/dm³, nghĩa là 1 mL nước có khối lượng 1 gam hay 1 lít nước có khối lượng 1 kg), nên từ tỉ khối của chất rắn, chất lỏng hay dung dịch (không có đơn vị) ta thêm vào đơn vị g/mL hay g/cm³ thì sẽ có trị số khối lượng riêng của chất rắn, chất lỏng hay dung dịch đó.

Thí dụ: Kim loại đồng (Cu) có tỉ khối bằng 8,93 thì hiểu là hai thể tích bằng nhau của đồng (rắn) và nước (lỏng), nước chiếm 1 phần khối lượng thì đồng chiếm 8,93 phần khối lượng, hay đồng nặng hơn nước 8,93 lần. Do 1 mL nước có khối lượng 1 gam nên 1 mL đồng có khối lượng 8,93 gam. Như vậy đồng có khối lượng riêng là 8,93 g/mL (hay 8,93 g/cm³ hay 8,93 kg/dm³)

              Thủy ngân (Hg, lỏng) có tỉ khối 13,55 thì hiểu là thủy ngân nặng hơn nước 13,55 lần. Hai thể tích bằng nhau của thủy ngân và nước, nước chiếm 1 phần khối lượng thì thủy ngân chiếm 13,55 phần khối lượng. Do nước có khối lượng riêng là 1 g.mL nên thủy ngân có khối lượng riêng là 13,55 g/mL

              Etanol (Rượu etylic, C₂H₅OH, lỏng) có tỉ khối 0,79 (<1) thì hiểu là etanol nhẹ hơn nước. Hai thể tích bằng nhau của etanol và nước, nước chiếm 1 phần khối lượng thì etanol chiếm 0,79 phần khối lượng. Etanol có khối lượng riêng là 0,79 g/mL hay 0,79 g/cm³ hay 0,79 kg/L

              Sau đây là tỉ khối của một số chất rắn, chất lỏng:

             

Br2(l) Au (vàng) I2(r)  Fe (sắt) Pb (chì) Mg   Ni     P (trắng) Pt        Ag    Zn     Na    Ir      Li

3,14   19,3          4,94  7,86      11,4       1,74  8,90  1,83        21,45  10,5  7,2    0,97  22,6  0,53

C6H6(benen, l) Axeton (l) Đietyl ete (l) Anilin(l) CH3COOH(l) Glixerin(l) n-Hexan(l) Toluen

0,879                0,791        0,714            1,022       1,049              1,26           0,659          0,867

Chú  ý: - Tỉ khối của chất khí hay hơi là so sánh khối lượng khí, hơi với không khí

 - Tỉ khối của chất rắn, chất lỏng là so sánh khối lượng chất rắn, chất lỏng với nước dạng lỏng

 - Tỉ khối không có đơn vị, còn khối lượng riêng thì có đơn vị

 - Với chất rắn, chất lỏng, khi biết tỉ khối, ta thêm đơn vị g/mL thì được trị số khối lượng riêng của chất rắn hay chất lỏng đó

 - Còn với chất khí, từ tỉ khối của nó không thể thêm g/mL để có trị số khối lượng riêng đuợc. Mà ta phải tính, đặc biệt thể tích chất khí ảnh hưởng rất lớn bởi yếu tố nhiệt độ T, áp suất p, nên khối lượng riêng của chất khí phải cho biết rõ ở điều kiện nhiệt độ, áp suất nào.

Thí dụ: Hãy cho biết: Tỉ khối của khí hydrogen; Khối lượng riêng của khí hydrogen ở đktc; Khối lượng riêng của hydrogen ở 27,3ºC; 1,4 atm

(H = 1)

              dH₂ = dH₂/KK = MH₂/MKK = 2/29 = 0,06896

              1 mol H₂  có khối lượng 2 gam. 1 mol H₂ ở đktc có thể tích 22,4 lít, do đó khối lượng riêng của H₂ ở đktc là: 

                                                   2g/22,4L = 0,08928 g/L

              Để tính khối lượng riêng của H₂ ở 27,3ºC; 1,4 atm chúng ta cần tìm thể tích của 1 mol H₂ (cũng là 1 mol các khí khác) ở 27,3ºC; 1,4 atm có thể tích bằng bao nhiêu

             

              V = nRT/p =  [(1mol)(22,4/273)(L.atm.mol^-1.K^-1).(27,3 + 273)K]/1,4atm = 17,6 L

              1 mol H₂ có khối lượng 2 gam, 1 mol H₂ ở 27,3ºC; 1,4 atm có thể tích 17,6 lít, do đó khối lượng riêng của H₂ ở 27,3ºC; 1,4 atm là: 

              2g/17,6L = 0,1136 g/L

(còn tiếp)