ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ ĐH Y DƯỢC TP HCM

THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ
VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN
CHUYỂN TRAO ĐỔI CHẤT


MỤC TIÊU
•

Hiểu được Thuyết động học phân tử về khí lý
tưởng .Từ phương trình cơ bản suy ra được các hệ quả
của nó .
• Nắm vững ý nghĩa biểu thức nội năng của khí lý tưởng
.
• Nêu được bản chất, nguyên nhân của các hiện tượng
khuếch tán, ma sát nhớt .Vận dụng để giải thích các
quá trình vận chuyển trao đổi ch́ất trong cơ thể.
• Nêu được bản chất, nguyên nhân của các trạng thái
căng mặt ngoài chất lỏng, hiện tượng mao dẫn . Vận
dụng và giải thích được một số hiện tượng liên quan
trong thực tế, đời sống và trong y học


NỘI DUNG
 THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CHẤT KHÍ
 KHÍ THỰC
 CÁC HIỆN TƯNG VẬN CHUYỂN TRONG
CHẤT KHÍ
 TRẠNG THÁI CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT
LỎNG
 HIỆN TƯNG MAO DẪN
 CÁC HIỆN TƯNG VẬN CHUYỂN TRONG

CHẤT LỎNG


I -THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CHẤT KHÍ
1. CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KHÍ
a. Các khái niệm
- Nhiệt độ: Là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức
độ chuyển động hỗn loạn phân tử của các vật .
- Nguyên lý thứ không (zero) nhiệt động lực học
Từ thực nghiệm cho ta kết luận :
“ Khi đặt hai vật (hệ) A và B tiếp xúc với nhau và coi
hệ hai vật này là cô lập. Năng lượng E được truyền từ
vật có nhiệt độ cao (nóng hơn) sang vật có nhiệt độ
thấp,cho đến khi hai vật có nhiệt độ bằng nhau và
không trao đổi năng lượng nữa. Lúc đó, hai vật ở
trạng thái cân bằng về nhiệt ”.


(Heä coâ laäp)


Phát biểu :
“ Nếu hai vật A và B cân bằng nhiệt với vật thứ ba C
thì chúng (A và B ) cũng cân bằng nhiệt với nhau “


- Dựa vào nguyên lý trên người ta đưa ra một dụng
cụ đo nhiệt gọi là Nhiệt biểu. Nhiệt biểu đóng vai
trò vật được vật kéo theo sự cân bằng nhiệt cùng
với vật và đạt đến nhiệt độ bằng nhiệt độ của vật.

Nhiệt biểu + chia độ = Nhiệt kế
- Nhiệt độ của vật được xác định qua phép đo của
một đại lượng vật lý (chiều dài, thể tích, điện
trở...) có tương quan đơn trị với nhiệt độ .
VD: Nhiệt kế thủy ngân , điện trở …



•- Thang nhieät ñoä
• toF = 9/5 toC + 32
(Hơi nước
100

212

0

32

Celcius (0C)

Fahrenheit (0F)

( p = 1 atm )

373

sôi)

273

(Nước đá
đang tan)

Kelvin( K)

• TK = toC + 273

(1)
(2)

Ví dụ: Nhiệt độ Fahrenheit
tương ứng với -20oC là:
toF = 9/5 (-20) +32 = - 4oF


T = 0K = -273oC ( = - 460oF)
Là giới hạn dưới chung của nhiệt độ.


b. Các định luật thực nghiệm về chất khí – Khí
lý tưởng
* Định luật Boyle – Marriotte (1660)(quá trình đẳng nhiệt )
Với một khối lượng khí nhất định .Nếu nhiệt độ của khối khí được
giữ không đổi thì tích số giữa áp suất và thể tích của khối khí là một
hằng số.
T = const  p1V1 = p2V2 Hay pV = const
* Định luật Gay – Lussac (1802) (quá trình đẳng áp)
p = const 

V1 V2
V
=
hay
= const
T1 T2
T
* Định luật Charles (1802) (quá trình đẳng tích)
V = const 

P1 P2
=
T1 T2

hay

P
= const
T


Các định luật thực nghiệm trên mang tính gần đúng.
Ở điều kiện bình thường (phòng thí nghiệm) và chất
khí càng đơn giản như He, Ne, H2, O2, ..thì các định
luật trên càng chính xác
Khí lý tưởng: Là các chất khí hoàn toàn
tuân theo 3 định luật trên


c. Phương trình trạng thái của khí lý tưởng

Có dạng:

f(p,V,T) = 0

Trạng thái (1) → TT(1’)
→
TT (2)
( p1, V1, T1 )
(p2, V’1, T1 ( p2, V2, T2 )
Trong quá trình đẳng nhiệt từ (1)sang (1’) có:
p1V1 = p2V’1
(10)
Trong quá trình đẳng áp từ (1’) sang (2) có:
V1' V2
(11)
=
T1 T2


p1V1 p2V2
=
T1
T2
pV
=const
T

Từ (10) và (11) được:
hay:

(12)
(13)

pV
T

Nghĩa là tỷ số
đối với một trạng thái bất kỳ là
không đổi.
Theo Avogadro, ở áp suất tiêu chuẩn po = 1,013.105 N/m2,
nhiệt độ To = 273, 13oK thì thể tích của 1 kilomol (kmol)
của mọi chất khí đều bằng Voµ = 22,4 m3.
Từ (12) ta có:

pVµ
T



=

poVoµ
To

p Vµ = RT

=R
(14)

Với R = 8,31.103 J/Kmol.K (=1,98 kcal / mol.K) được gọi
là hằng số khí lý tưởng
p,Vµ, T: lần lượt là áp suất, thể tích, nhiệt độ của một
kilomol khí.
Gọi µ(kg) là khối lượng của một kilomol khí có thể tích Vµ
m(kg) là một khối lượng
có thể tích V, ta có:
V khím
=
Vµ
µ
(15)

m
pV = RT

Thay Vµ vào (14) ta có:

µ

(16)

(phương trình Clapeyron – Mendeleev)


Định luật Dalton:
Nếu nhiều loại khí được đặt trong một bình chứa thì áp
suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng
phần của mỗi loại chất khí.
(Áp suất riêng phần của mỗi loại chất khí chính là áp

suất của chất khí đó, khi mình nó chiếm toàn bộ bình
chứa.)
p=
pi
(17)

∑
1

Với

p : áp suất của hỗn hợp khí
pi : áp suất riêng phần của chất khí thứ i.

Định luật này chỉ áp dụng cho các phân tử của các loại
khí không có sự tương tác lẫn nhau về mặt hóa, lý


2. THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CHẤT KHÍ
Một số giả thuyết
•
•

•

•

Các chất khí có cấu tạo gián đoạn và gồm
một số rất lớn các phân tử.
Kích thước của các phân tử là không đáng

kể so với khoảng cách giữa chúng với
nhau.
Các phân tử là các quả cầu chuyển động
hỗn loạn, không ngừng .Năng lượng
nhiệt của khối khí chỉ phụ thuộc vào
nhiệt độ.
Các phân tử không tương tác lẫn nhau trừ
lúc va chạm. Sự va chạm giữa các phân tử
với nhau và phân tử với thành bình là hoàn
toàn đàn hồi.


b. Phương trình cơ bản của Thuyết động học phân tử
(Áp suất khí lý tưởng)- Hệ quả
Theo quan điểm Động học phân tử . Áp suất của khối khí gây ra
trên thành bình chính là do lực tác dụng của các phân tử khí khi va
chạm với thành bình.
Tính được theo biểu thức:

2
P = n .W
3

(18)

n:

mật độ phân tử
m v2
: là động năng tịnh tiến trung bình của phân tử.

W =
2

m : khối lượng của phân tử
v 2: trung bình của bình phương vận tốc
Áp suất của chất khí tỷ lệ với mật độ phân tử và động năng
tịnh tiến trung bình của các phân tử.


3. HỆ QUẢ
- Nhiệt độ: Từ phương trình trạng thái đối với một kilomol khí lý
tưởng .Thay p = RT
Vµ
↔
↔

↔
↔

vào (18) :

RT 2
= nW
Vµ 3
W=

3 RT
2 nVµ

W=

3 R
T
2 N0

3
W = kT
2

nVµ = No số phân tử trong một kilomol
(số Avogadro)
k = R/N0 : hằng số Boltzman
(19)

Hệ SI: R = 8,31.103 J/kmoloK, No = 6,023.1026 pt/kmol , thì k =
1,38.10-23 J/oK


- Vận tốc căn quân phương vc
Từ (29) ta thay

hay:

1
3
2
W = mv = kT
2
2
3 kT

v2 =
m
3kT
2
vc = v =
m

(20)

Nếu thay k = R/No và Nom = µ thì:
vc =

3RT

µ

(21)


VD:

ễ T = 300K (nhieọt ủoọ phoứng) ta coự:

- O2 (à = 32 Kg/Kmol) : vc =

3.8,31.103.300
= 483 m / s
32

- H2(à = 2,02 Kg/Kmol) :vc = 1920 m/s

- N2 (à = 28 Kg/Kmol) : vc = 517 m/s


Mật độ phân tử:
Từ (18) và(19) ta có:
p = n kT

hay

2
3
p = n( kT )
3
2

p
n =
kT

(32)

Dưới cùng một áp suất và nhiệt độ, mọi chất khí
đều có cùng một mật độ phân tử.
Ở điều kiện tiêu chuẩn :
To = 273oK ,po = 1,013.105 N/m2 thì có:
no = 1,013.105 /1,38.10-23.273 = 2,687.1025 phân tử /m3 (hằng
số Loschmidt)


4. NỘI NĂNG CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

- Số bậc tự do i:
Số bậc tự do của một vật (hay một hệ) là
số toạ độ độc lập cần thiết để xác định vị trí
của vật đó trong không gian.
Dạng chuyển động:
- Tịnh tiến (Tọa độ x,y,z)
- Quay (Tọa độ θ,φ,ξ )


Z
Y

X

Phaân töû 1 nguyeân tö û : i = 3

Z

Z

Y
X

Phaân töû 2 nguyeân tö û(O2, N2,..) : i = 5

Y

X

Phaân töû 3 nguyeân tö û(H2O, ..) : i = 6


- Định luật phân bố đều động năng theo số bậc tự do
“ Động năng trung bình của phân tử được phân bố
đều cho các bậc tự do và mỗi bậc tự do ứng với
động năng trung bình bằng 1 kT
“
2

Vậy từ định luật này, một phân tử bất kỳ có i bậc tự do
thì động năng trung bình là:
(33)
i

W =

2

kT