Làm bông tuyết (hiện tượng thăng hoa và ngưng tụ)

Bạn đã bao giờ thấy tuyết rơi chưa? Ở một nước nhiệt đới như Việt nam chúng ta thì cũng thỉnh thoảng lắm mới có tuyết rơi vào mùa đông trên những vùng núi cao (như Sapa chẳng hạn). Thế mà, với Hóa Học Vui, bạn sẽ có thể tự tạo ra tuyết đấy. Nhưng trước tiên, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu các dạng tồn tại của vật chất đã nhé.

Bài thực nghiệm này minh họa hai quá trình chuyển hóa này. Sản phẩm của quá trình ngưng tụ tồn tại dưới dạng “tuyết” mà bạn các bạn vẫn nhìn thấy trong ngăn đá tủ lạnh.

1. Dụng cụ và hóa chất

• Một cốc thủy tinh Pyrex® (1 hoặc 2 L)
• Một tấm thủy tinh nhỏ, dùng để đậy lên trên mặt cốc
• Một bếp điện
• Khoảng 20 g axít benzoic C₆H₅ – COOH
• Một cành cây nhỏ
• Cồn y tế

2. Quy trình tiến hành thực nghiệm

• Cho vào cốc thủy tinh 20 g axít benzoic . Sau đó, đặt cành cây vào.
• Đặt tấm thủy tinh lên miệng cốc (chú ý không đậy kín cốc !).
• Đặt cốc lên bếp điện, chỉnh bếp điện đến khoảng 100°C (không đun nóng quá nhiệt độ này).
• Quan sát sự thăng hoa của axit benzoic (khói) và sự ngưng tụ của axit này trên cành cây dưới dạng tinh thể (không mở nắp thủy tinh ra).
• Khi thí nghiệm kết thúc, tưới cồn y tế lên trên cành cây và thành phía trong của cốc thủy tinh để nó hòa tan axít benzoic tinh thể, rồi rửa dụng cụ bằng nước.

3. Giải thích hiện tượng

• Axít benzoic thăng hoa ở 100°C, chuyển trực tiếp từ trạng thái rắn sang khí mà không qua trạng thái lỏng. Hơi axít ngưng tụ trong cốc thủy tinh và tạo thành một đám mù, rồi sau đó ngưng tụ thành dạng tinh thể (xem thí nghiệm tinh thể – san hô và thí nghiệm kết tinh nhanh trên tấm thủy tinh).
• Các tinh thể axít benzoic phát triển ngay trên bề mặt rắn mà nó tiếp xúc (trên cành cây và mặt trong của cốc thủy tinh nếu bề mặt này có một vài vết xước).
• Hình dạng của tinh thể rất giống với “tuyết” mà các bạn nhìn thấy trong ngăng đá tủ lạnh. Thực ra, nước đá cũng có thể thăng hoa và ngưng tụ thành những bông tuyết (tinh thể có dạng hình lục giác đều)̉. Ở các nước hàn đới, vào mùa đông, nhiệt độ xuống dưới 0°C, các bạn có thể làm thí nghiệm này : tẩm nước vào một miếng vải rồi đưa ra ngoài trời, tấm vải sẽ khô đi, với điều kiện là trời hôm đó có một chút gió.
• Ngay cả khi nhiệt độ hóa hơi của một chất cao hơn nhiều so với nhiệt độ phòng, chất đó vẫn có thể hóa hơi được. Sự bay hơi của một chất phụ thuộc vào áp suất hơi bão hòa của chất đó, nghĩa là khả năng bay hơi của nó. Thính giác của bạn có thể cảm nhận được rất rõ điều này : axit benzoic có mùi cay : điều đó có nghĩa là một vài phân tử khí của axit benzoic đã bay tới mũi bạn đấy !…
• Áp suất hơi bão hòa (khả năng bay hơi của một chất), nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của một chất phụ thuộc vào :
  • Nhiệt độ : Một chất sẽ dễ bay hơi hơn nếu ta đun nóng nó.
  • Áp suất : Một chất sẽ dễ bay hơi hơn nếu ta giảm áp suất không khí xung quanh nó.
  • Vào bản thân chất đó, đặc biệt là lực tương tác giữa các phân tử (ví dụ lực van der Waals hoặc liên kết hydro).

4. Những điều cần lưu ý

• Đeo kính bảo hiểm, khẩu trang và làm việc ở nơi thoáng khí.
• Không bỏ nắp thủy tinh ra khi cốc đang nóng vì hơi axít benzoic độc. Để cho cốc nguội rồi mới mở nắp.
• Không đóng kín cốc trong khi đun để tránh vỡ cốc nếu áp suất bên trong quá lớn.
• Nếu chẳng may bị dính axit benzoic, hãy rửa ngay bằng xà phòng và xối nhiều nước.

Theo scienceamusante.net