Sách kỹ sư/Vật

Vật đại diện cho một đại lượng vật lý quan sát được và đo được. Thí dụ như trái banh, cục đá, nước, không khí...

Tính chất hóa lý

Trạng thái vật chất

Mọi vật hiện hữu ở 4 trạng thái vật chất cơ bản

1. Vật chất rắn . Cứng rắn , khó uốn, khó bẻ gảy . Thí dụ như Sắt
2. Vật chất đặc . Đặc, khó chảy
3. Vật chất lỏng. Mềm mại, dễ uốn, dề trôi chảy . Thí dụ như Nước
4. Vật chất khí . Lỏng lẽo , vô hình , không màu, không mùi, Thí dụ như Dưỡng khí Ôxy

Thân nhiệt

Mọi vật đều có một nhiệt độ riêng được gọi là Thân nhiệt

Trạng thái		Thân nhiệt
Rắn	Nước đá	$0^{o}C$
Đặc		$25^{o}C$
Lỏng	Nước	$75^{o}C$
Khí	Hơi nước	$100^{o}C$

Tính chất Vật lý

Khối lượng vật chất

Mọi vật đều có một lượng vật chất chứa đựng bên trong một thể tích vật hình . Khối lượng là tính chất vật lý của vật cho biết số lượng vật chất trong một thể tích vật chất

$m=\rho V$

Với

m - Khối lượng cho biết số lượng vật đo bằng đơn vị Kí lô gram Kg

V - Thể tích cho biết số thể hình vật đo bằng đơn vị mét khối m³

$\rho$ - Dung lượng cho biết số lượng vật đo bằng đơn vị Kilogram Kg/m³

Dung lượng vật chất

Tỉ lệ số lượng vật chất trên thể tích vật chat cho biết dung lượng vật chất .

$\rho ={\frac {m}{V}}$

Thể tích vật chất

Tỉ lệ khối lượng vật chất trên dung lươ,ng vật chất cho biết thể tích

$V={\frac {m}{\rho }}$

Cấu tạo vật

Mọi vật đều tạo ra từ Vật chất bằng cách Liên kết một hay nhiều nguyên tố vật chất lại với nhau hay từ Pha trộn nhiều vật chất với nhau để tạo ra vật chất mới . Mọi Vật chất đều tạo ra từ Nguyên tố vật chất , phần tử nhỏ nhứt của Vật chất còn giử tính chất của Vật chất. Mọi Nguyên tố vật chất đều tạo ra từ Nguyên tử vật chất , phần tử nhỏ nhứt của Nguyên tố vật chất không thể phân chia nhỏ hơn nữa

Vật chất

Mọi vật đều tạo ra từ Vật chất bằng cách Liên kết một hay nhiều nguyên tố vật chất lại với nhau hay từ Pha trộn nhiều vật chất với nhau để tạo ra vật chất mới .

Thí dụ

Nước tạo ra từ liên kết giửa Ôxy và Hydrogen

$H_{2}O$ → $H+2O$

Pha trộn Nước với Muối tạo ra Nước muối

$H_{2}O+Na$ → $NaH_{2}O$

Nguyên tố vật chất

Mọi Vật chất đều tạo ra từ Nguyên tố vật chất , phần tử nhỏ nhứt của Vật chất còn giử tính chất của Vật chất.

Quy ước quốc tế

Theo quy ước quốc tế , mổi Nguyên tố đều có một tên và ký hiệu riêng để dể nhận biết cùng các tính chất vật lý và hóa lý. Thí Dụ như Nguyên tố Magnisium có ký hiệu là Mg , Số nguyên tố 12, Khối lượng 24

Bảng nguyên tố tuần hoàn

Có tất cả 218 Nguyên tố Vật chất đả được tìm thấy và được xếp loại trong Bảng nguyên tố tuần hoàn theo Số Nguyên tố tăng dần. Với Hydrogen (H), có số nguyên tố bằng 1 , cuối bảng là (Buo) với số nguyên tố 218 . Số nguyên tố có ký hiệu Z, cho biết số lượng nguyên tử dương trong hạt nhân hay số lượng nguyên tử âm nằm trên các quỷ đạo quay quanh hạt nhân . Thí dụ như Cácbon, có số nguyên tố là 6 vì thế có 6 nguyên tử âm trên các quỷ đạo và 6 nguyên tử dương trong hạt nhân .

Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học cho biết những thông tin về các tính chất cơ bản của một nguyên tố. Ví dụ như dạng thể, độ bay hơi, độ đông đặc v.v. . Bảng nguyên tố tuần hoàn được sắp xếp theo Nhóm của 18 cột dọc và Chu kỳ của 7 hàng ngang

Nguyên tử vật chất

Mọi Nguyên tố vật chất đều tạo ra từ Nguyên tử vật chất , phần tử nhỏ nhứt của Nguyên tố vật chất không thể phân chia nhỏ hơn nữa

Thuyết nguyên tử Dalton

Vào đầu thế kỷ thứ 20, John Dalton đã phát hiện Nguyên tử Vật chất là đơn vị cơ bản không thể chia nhỏ hơn nữa tạo nên Nguyên tố vật chất .

Vào năm 1808, John Dalton đã đưa ra lý thuyết nguyên tử của ông dựa trên Định luật bảo toàn khối lượng và Định luật tỷ lệ các chất trong các phản ứng hoá học. Tất cả lý thuyết của ông dựa trên năm giả thuyết.

1. Giả thuyết thứ nhất phát biểu rằng tất cả vật chất đều được tạo thành từ các nguyên tử Vật chất.
2. Giả thuyết thứ hai là các nguyên tử của cùng một Nguyên tố sẽ có cùng một cấu trúc và tính chất.
3. Giả thuyết thứ ba là các nguyên tử không thể bị phân chia, không thể được sinh ra hoặc mất đi.
4. Giả thuyết thứ tư là các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau kết hợp với nhau để tạo ra các hợp chất.
5. Giả thuyết thứ năm là trong các phản ứng hoá học, các nguyên tử có thể kết hợp, phân tách hoặc tái sắp xếp lại.

Mô hình cấu trúc nguyên tử Vật chất

Mô hình Ruther Ford

Ruther ford làm thí nghiệm và tìm thấy Nguyên tử Vật chất được tạo ra từ các Hạt Điện tử tích điện được phân bố bên trong các đám mây của các vòng tròn quỹ đạo chứa Điện tử âm quay quanh một Hạt nhân ở trong tâm chứa Điện tử dương và Điện tử trung hòa . Từ đó, ông công bố mô hình cấu trúc nguyên tử Vật chất như sau .

• Mọi Nguyên tử điện đều có các vòng tròn Quỷ đạo chứa Điện tử âm quay quanh một Hạt nhân ở trong tâm chứa các Điện tử dương và Điện tử trung hòa .
• Số nguyên tố cho biết số lượng điện tủ âm trên các Quỷ đạo và số lượng điện tủ dương trong Hạt nhân .
• Ở trạng thái cân bằng, tổng điện của nguyên tử bằng không .
• Chỉ có điện tử âm trên quỷ đạo ngoài cùng mới có thể tham gia các phản ứng điện

Mọi Nguyên tử Vật chất được tạo ra từ các phần tử điện nhỏ nhứt không thể phân chia gọi là Điện tử . Điện tử là các hạt mang điện nhỏ nhất không thể phân chia nhỏ hơn được tạo nên Nguyên tử Vật chất . Có 3 loại Điện tử đả được tìm thấy bao gồm Điện tử âm , Điện tử dương và Điện tử trung hòa có các tính chất sau

Điện tử	Khối lượng	Điện lượng	Ký hiệu
Điện tử âm	9.1094 × 10−31 kg	−1.602 × 10−19 C	e-
Điện tử dương	9.1094 × 10−31 kg	+1.602 × 10−19 C	p+
Điện tử trung hòa	1.6726 ×10-27 kg	0 C	0

Mô hình Bohr

Mô hình Ruther Ford không thể giải thích hiện tượng ánh sáng mờ nhạt tìm thấy khi Điện tích âm rơi vào trong hạt nhân hay khi Điện tích âm trên quỹ đạo ngoài cùng được giải thoát khỏi Nguyên tử vật chất đi vào trong môi trường xung quanh . Borh thực hiện các tính toán và công bố mô hình cấu trúc nguyên tử Vật chất như sau

• Các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân theo các quỹ đạo có năng lượng và bán kính cố định.
• Năng lượng của điện tử phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo của điện tử .
• Điện tử nằm trên quỹ đạo có bán kính lớn nhất sẽ có năng lượng nghỉ nhỏ nhất và năng lượng động cao nhất .
• Năng lượng ở mức năng lượng ổn định hay ở trạng thái ổn định .
• Nếu Nguyên tử hấp thụ năng lượng của một Lực (Điện , Ánh sáng ...) năng lượng của Nguyên tử sẻ thay đổi lúc này điện tử nằm ở trạng thái kích thích .
• Điện tử trở thành điện tử tự do khi điện tử hấp thụ hay giải thoát năng lượng quang tuyến .
• Điện tử sẻ đi ra khỏi nguyên tử khi điện tử hấp thụ năng lượng quang tuyến . Điện tử sẻ đi vô trong nguyên tử khi điện tử giải thoát năng lượng quang tuyến

Mô hình cấu trúc nguyên tử vật chất tổng quát

Mô hình cấu trúc nguyên tử vật chất tổng quát được hình thành từ 2 mô hình Mô hình cấu trúc nguyên tử vật chất Mô hình Ruther Ford và Mô hình Bohr như sau

• Mọi Nguyên tử điện đều có các vòng tròn Quỷ đạo chứa Điện tử âm quay quanh một Hạt nhân ở trong tâm chứa các Điện tử dương và Điện tử trung hòa .
• Số nguyên tố cho biết số lượng điện tủ âm trên các Quỷ đạo và số lượng điện tủ dương trong Hạt nhân .
• Ở trạng thái cân bằng, tổng điện của nguyên tử bằng không .
• Chỉ có điện tử âm trên quỷ đạo ngoài cùng mới có thể tham gia các phản ứng điện
• Các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân theo các quỹ đạo có năng lượng và bán kính cố định.
• Năng lượng của điện tử phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo của điện tử . Điện tử nằm trên quỹ đạo có bán kính lớn nhất sẽ có năng lượng nghỉ nhỏ nhất và năng lượng động cao nhất .
• Năng lượng ở mức năng lượng ổn định hay ở trạng thái ổn định . Nếu Nguyên tử hấp thụ năng lượng của một Lực (Điện , Ánh sáng ...) năng lượng của Nguyên tử sẻ thay đổi lúc này điện tử nằm ở trạng thái kích thích .
• Điện tử trở thành điện tử tự do khi điện tử hấp thụ hay giải thoát năng lượng quang tuyến . Điện tử sẻ đi ra khỏi nguyên tử khi điện tử hấp thụ năng lượng quang tuyến . Điện tử sẻ đi vô trong nguyên tử khi điện tử giải thoát năng lượng quang tuyến

Tính toán Bohr

Bán kín Bohr

$F=k{\frac {Q_{e}Q_{pn}}{r^{2}}}=k{\frac {eZe}{r^{2}}}=k{\frac {Ze^{2}}{r^{2}}}$

Cho lực Coulomb bằng lực ly tâm

$k{\frac {Ze^{2}}{r^{2}}}={\frac {mv^{2}}{r}}$

$kZe^{2}=mv^{2}r$

$r={\frac {kZe^{2}}{mv^{2}}}$

Bohr điều kiện để lượng tử hóa của góc độn lượng

$mvr={\frac {nh}{2\pi }}$

Giải tìm v

$v={\frac {nh}{2\pi mr}}$

Thế v vào r

$r={\frac {kZe^{2}}{m({\frac {nh}{2\pi mr}})^{2}}}$

$r={\frac {kZe^{2}}{m}}{\frac {4\pi ^{2}m^{2}r^{2}}{n^{2}h^{2}}}$

$1={\frac {4\pi ^{2}kZe^{2}m^{2}}{mn^{2}h^{2}}}r$

$r={\frac {n^{2}h^{2}}{4\pi ^{2}kZe^{2}m}}={\frac {n^{2}\hbar ^{2}}{mkZe^{2}}}$

Với Hydrogen Z=1, n=1

$r_{1}=0.0529177nm$ được biết là bán kín Bohr Bohr radius

Tầng năng lượng lượng tử

$E={\frac {1}{2}}mv^{2}-k{\frac {Q_{+}Q_{-}}{r^{2}}}$

$E={\frac {1}{2}}mv^{2}-k{\frac {Ze^{2}}{r^{2}}}$

${\frac {mv^{2}}{r}}=k{\frac {Ze^{2}}{r^{2}}}$

${\frac {mv^{2}}{r}}{\frac {r}{2}}=k{\frac {Ze^{2}}{r^{2}}}{\frac {r}{2}}$

${\frac {1}{2}}mv^{2}=k{\frac {Ze^{2}}{2r}}$

$E=k{\frac {Ze^{2}}{2r}}-k{\frac {Ze^{2}}{r}}=-{\frac {kZe^{2}}{2r}}$

Với Hydrogen Z=1

$E=-{\frac {13.6eV}{n^{2}}}$

$n={\sqrt {-{\frac {13.6eV}{E}}}}$

n được biết là số lượng tử Principal quantum number

Vạch sáng Line spectra

$E_{n}-E_{n-1}=nhf=nh{\frac {C}{\lambda }}$

${\frac {1}{\lambda }}={\frac {\Delta E}{nhC}}$

$hf=E_{3}-E_{2}={\frac {-13.6eV}{3^{2}}}-{\frac {-13.6eV}{2^{2}}}$

$hf=E_{3}-E_{2}=-1.511eV+3.40eV=1.89eV$

$f={\frac {1.89eV}{h}}({\frac {1.6\times 10^{-}{19}}{eV}})=4.56\times 10^{14}$

Vạch sáng Lyman

${\frac {1}{\lambda }}=R({\frac {1}{1^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}})$ . Với n=2,3,4 ... 91-122nm

Vạch sáng Balmer

${\frac {1}{\lambda }}=R({\frac {1}{2^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}})$ . Với n=3,4,5 ... 365-656nm

Vạch sáng Paschen

${\frac {1}{\lambda }}=R({\frac {1}{3^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}})$ . Với n=4,5,6 ... 820-1875nm

Lượng tử Quang

Điện tử đi ra

$hf=hf_{o}+{\frac {1}{2}}mv^{2}$

Vận tốc di chuyển

$v={\sqrt {\frac {2h(f-f_{o})}{m}}}$

Lượng tử sáng

$h={\frac {mv^{2}}{2(f-f_{o})}}$

Điện tử đi vô

$nhf=2\pi mvr$

Vận tốc di chuyển

$v={\frac {n\hbar f}{mr}}$

Lượng tử tối

$\hbar ={\frac {h}{2\pi }}={\frac {mvr}{nf}}$