அலகு 6 - வாயு நிலை
கற்றல் நோக்கங்கள்
இந்த அலகைப் படித்த பிறகு, மாணவர்கள் வல்லமை பெறுவது
- சிறந்த வாயுவை நிர்வகிக்கும் விதிகளைக் கூறுதல்
- பல்வேறு நிஜ வாழ்க்கை சூழ்நிலைகளில் வாயு விதிகளை நிரூபித்தல்
- சிறந்த வாயு சமன்பாட்டைப் பெறுதல் மற்றும் அதைப் பயன்படுத்தி கணக்கீடுகளைச் செய்தல்
- சிறந்த நடத்தையிலிருந்து விலகல்களைக் கூறுதல்
- வான் டெர் வால்ஸ் சமன்பாட்டைப் பெறுதல்
- கிரஹாமின் விரவல் விதியை வரையறுத்தல்
- அமுக்கத்திறன் காரணியை வரையறுத்தல்
- உய்ய நிலை நிகழ்வுகளை விளக்குதல்
- வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலிகளின் அடிப்படையில் உய்ய மாறிலிகளைப் பெறுதல்
- கார்பனீராக்சைடின் ஆண்ட்ரூஸ் சமவெப்ப வரைபுகளை விளக்குதல்
- ஜூல்-தாம்சன் விளைவு மற்றும் வாயுக்களின் திரவமாக்கலை விவரித்தல்
6.1 அறிமுகம்
உணவு இல்லாமல் வாரக்கணக்கிலும், நீர் இல்லாமல் நாட்கணக்கிலும் நாம் உயிர் வாழ முடியும், ஆனால் காற்று இல்லாமல் நிமிடங்கள் மட்டுமே. எனவே, ஒவ்வொரு சில விநாடிகளுக்கும் ஒரு மூச்சுக் காற்றை உள்ளிழுக்கிறோம், சில மூலக்கூறுகளை நம் உடலுக்குத் தக்கவைத்துக் கொள்கிறோம், நம் உடலுக்குத் தேவையில்லாத சில மூலக்கூறுகளை வெளியேற்றி, கலவையை மீண்டும் சுற்றுப்புறக் காற்றில் வெளிவிடுகிறோம். நம்மைச் சுற்றியுள்ள காற்று வாயு நிலையில் உள்ளது, இது பருப்பொருளின் நிலைகளில் மிகவும் எளிமையானது. வாயுக்களின் வேதியியல் நடத்தை அவற்றின் கலவையைப் பொறுத்திருந்தாலும், அனைத்து வாயுக்களும் குறிப்பிடத்தக்க ஒத்த இயற்பியல் நடத்தையைக் கொண்டுள்ளன.
வாயு மற்றும் ஆவி இடையே உள்ள வேறுபாடு உங்களுக்குத் தெரியுமா?
வாயு என்பது அறை வெப்பநிலை மற்றும் 1 atm அழுத்தத்தில் பொதுவாக வாயு நிலையில் இருக்கும் ஒரு பொருளாகும், அதேசமயம் ஆவி என்பது அறை வெப்பநிலை மற்றும் 1 atm அழுத்தத்தில் திரவம் அல்லது திடமாக இருக்கும் எந்தவொரு பொருளின் வாயு வடிவமாகும்.
பூமி காற்றின் வளிமண்டலத்தால் சூழப்பட்டுள்ளது, அதன் கலவை அளவு சதவீதத்தில் தோராயமாக \( 78\% \) நைட்ரஜன், \( 21\% \) ஆக்ஸிஜன் மற்றும் \( 1\% \) பிற வாயுக்கள் ஆகும். அறியப்பட்ட தனிமங்களில், சாதாரண வளிமண்டல நிலைமைகளின் கீழ் பதினொரு தனிமங்கள் மட்டுமே வாயுக்களாக உள்ளன. ஹைட்ரஜன் \( \mathrm{H_2} \), நைட்ரஜன் \( \mathrm{N_2} \), ஆக்ஸிஜன் \( \mathrm{O_2} \), புளோரின் \( \mathrm{F_2} \) மற்றும் குளோரின் \( \mathrm{Cl_2} \) ஆகிய தனிமங்கள் ஈரணு மூலக்கூறுகளாக வாயுக்களாக உள்ளன. ஆக்ஸிஜனின் மற்றொரு வடிவமான ஓசோன் \( \mathrm{O_3} \) அறை வெப்பநிலையில் ஒரு வாயுவாகும். உயர்குண வாயுக்கள், அதாவது ஹீலியம் \( \mathrm{He} \), நியான் \( \mathrm{Ne} \), ஆர்கான் \( \mathrm{Ar} \), கிரிப்டான் \( \mathrm{Kr} \), செனான் \( \mathrm{Xe} \) மற்றும் ரேடான் \( \mathrm{Rn} \) ஆகிய \( 18^{\mathrm{th}} \) குழுவைச் சேர்ந்தவை ஓரணு வாயுக்களாகும். கார்பன் மோனாக்சைடு (CO), கார்பன் டை ஆக்சைடு \( \mathrm{CO_2} \), நைட்ரஜன் டை ஆக்சைடு \( \mathrm{NO_2} \) மற்றும் நைட்ரிக் ஆக்சைடு \( \mathrm{NO} \) போன்ற சேர்மங்களும் சாதாரண வளிமண்டல நிலைமைகளின் கீழ் வாயு நிலையில் உள்ளன. இந்த அலகில் நீங்கள் வாயுக்களின் பண்புகள் மற்றும் பிற தொடர்புடைய நிகழ்வுகளைக் கற்றுக்கொள்வீர்கள்.
6.2 வாயு விதிகள்
வாயு விதிகள் வேதியியலின் வளர்ச்சியில் முக்கிய பங்கு வகித்துள்ளன. அனைத்து வாயுக்களின் இயற்பியல் பண்புகளும் வெப்பநிலையின் செயல்பாடாக அழுத்தம், கனஅளவு போன்ற பண்புகளின் ஆய்வுகளின் அடிப்படையில் வகுக்கப்பட்ட வாயு விதிகளால் நிர்வகிக்கப்படுகின்றன. வாயு விதிகளை விரிவாகப் படிப்பதற்கு முன், ஒரு முக்கிய அளவுருவான அழுத்தத்தைப் புரிந்துகொள்வோம்.
அழுத்தம் என்பது விசையை அதன் பரப்பால் வகுக்க வரையறுக்கப்படுகிறது. அழுத்தத்தின் SI அலகு பாஸ்கல் ஆகும், இது ஒரு சதுர மீட்டருக்கு 1 நியூட்டன் \( \mathrm{N \ m^{-2}} \) என வரையறுக்கப்படுகிறது. பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் பிற அலகுகள் உள்ளன, மேலும் SI அலகுடன் அவற்றின் தொடர்பு பின்வருமாறு.
\[ \text{அழுத்தம்} = \frac{\mathrm{விசை \ (N \ or \ kg \ m \ s^{-2})}}{\mathrm{பரப்பு \ (m^2)}} \]அட்டவணை 6.1 அழுத்தத்தின் அலகுகள்
| அலகு | குறியீடு | மதிப்பு \( \mathrm{(N \ m^{-2} \ or \ kg \ m^{-1} \ s^{-2})} \) |
|---|---|---|
| பாஸ்கல் | Pa | \( 1 \ \mathrm{Pa} = 1 \ \mathrm{N \ m^{-2}} \) |
| வளிமண்டலம் | atm | \( 1 \ \mathrm{atm} = 101325 \ \mathrm{Pa} \) |
| பாதரசத்தின் மில்லிமீட்டர் | mmHg | \( 1 \ \mathrm{mmHg} = 133.322 \ \mathrm{Pa} \) |
| பார் | bar | \( 1 \ \mathrm{bar} = 10^5 \ \mathrm{Pa} \) |
| டோர் | Torr | \( 1 \ \mathrm{Torr} = 133.322 \ \mathrm{Pa} \) |
| பவுண்டு per சதுர அங்குலம் | psi | \( 1 \ \mathrm{psi} = 6894.76 \ \mathrm{Pa} \) |
6.2.1 பாயிலின் விதி: அழுத்தம்-கனஅளவு தொடர்பு
ராபர்ட் பாயில் வாயுக்களின் அழுத்தத்திற்கும் கனஅளவுக்கும் இடையிலான தொடர்பை ஆய்வு செய்ய தொடர் சோதனைகளை மேற்கொண்டார். அவர் பயன்படுத்திய கருவியின் திட்டப்படம் படம் 6.1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.
பாதரசம் கருவியின் திறந்த முனை வழியாகச் சேர்க்கப்பட்டது, இதனால் இருமுனைகளிலும் உள்ள பாதரச அளவு படம் 6.1(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி சமமாக இருந்தது. படம் 6.1(b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, சிறைபிடிக்கப்பட்ட காற்றின் கனஅளவு அதன் அசல் கனஅளவில் பாதியாகக் குறைக்கப்படும் வரை அதிக அளவு பாதரசம் சேர்க்கப்பட்டது. அதிகப்படியான பாதரசத்தைச் சேர்ப்பதால் வாயுவின் மீது செலுத்தப்படும் அழுத்தம் குழாயின் பாதரச மட்டங்களின் வேறுபாட்டால் கொடுக்கப்படுகிறது. ஆரம்பத்தில், பாதரச மட்டங்களின் உயர வேறுபாடு பூஜ்ஜியமாக இருப்பதால் வாயுவால் செலுத்தப்படும் அழுத்தம் 1 atm ஆகும். கனஅளவு பாதியாகக் குறைக்கப்படும்போது, பாதரச மட்டங்களின் வேறுபாடு \( 760 \ \mathrm{mm} \) ஆக அதிகரிக்கிறது. இப்போது வாயுவால் செலுத்தப்படும் அழுத்தம் 2 atm ஆகும். இது, ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில், ஒரு வாயுவின் நிலையான நிறை அதன் அழுத்தத்திற்கு எதிர்த்தகவில் இருக்கும் என்ற முடிவுக்கு அவரை இட்டுச் சென்றது.
கணிதப்படி, பாயிலின் விதியைப் பின்வருமாறு எழுதலாம்
\[ \mathrm{V} \propto \frac{1}{\mathrm{P}} \tag{6.1} \](\( T \) மற்றும் \( n \) மாறிலி, \( T \)- வெப்பநிலை, \( n \)- மோல்களின் எண்ணிக்கை)
\[ \mathrm{V} = k \times \frac{1}{\mathrm{P}} \tag{6.2} \]\( k \) - விகித மாறிலி
சமன்பாடு 6.2 ஐ மறுசீரமைக்கும்போது
\[ PV = k \tag{6.2a} \quad (\text{நிலையான வெப்பநிலை மற்றும் நிறையில்}) \]பாயிலின் விதி அவற்றின் வேதியியல் அடையாளத்தைப் பொருட்படுத்தாமல் அனைத்து வாயுக்களுக்கும் பொருந்தும் (அழுத்தம் குறைவாக இருக்கும் போது). எனவே, நிலையான வெப்பநிலையில் ஒரு வாயுவின் கொடுக்கப்பட்ட நிறைக்கு, இரண்டு வெவ்வேறு நிலைகளின் கீழ் நாம் எழுதலாம்
\[ \mathrm{P_1V_1} = \mathrm{P_2V_2} = k \tag{6.3} \]\( PV \) தொடர்பினைப் பின்வருமாறு புரிந்து கொள்ளலாம். அழுத்தம் என்பது கொள்கலனின் சுவர்களில் வாயுத் துகள்களின் விசையின் காரணமாகும். ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு வாயு அதன் கனஅளவில் பாதியாக அமுக்கப்பட்டால், அடர்த்தி இரட்டிப்பாகிறது மற்றும் கொள்கலனின் ஓரலகுப் பரப்பில் மோதும் துகள்களின் எண்ணிக்கை இரட்டிப்பாகும். எனவே, அழுத்தம் இருமடங்காக அதிகரிக்கும்.
பாயிலின் விதியின் விளைவு
அழுத்தம்-அடர்த்தி தொடர்பைப் பாயிலின் விதியிலிருந்து கீழே காட்டப்பட்டுள்ளபடி பெறலாம்.
\[ \mathrm{P_1V_1 = P_2V_2} \quad \text{(பாயிலின் விதி)} \]\[ \mathrm{P_1\frac{m}{d_1} = P_2\frac{m}{d_2}} \]இங்கு “m” என்பது நிறை, \( \mathrm{d_1} \) மற்றும் \( \mathrm{d_2} \) ஆகியவை \( \mathrm{P_1} \) மற்றும் \( \mathrm{P_2} \) அழுத்தங்களில் வாயுக்களின் அடர்த்திகள் ஆகும்.
\[ \frac{\mathrm{P_1}}{\mathrm{d_1}} = \frac{\mathrm{P_2}}{\mathrm{d_2}} \tag{6.4} \]வேறுவிதமாகக் கூறினால், ஒரு வாயுவின் அடர்த்தி அழுத்தத்திற்கு நேர்த்தகவில் இருக்கும்.
பெரும்பாலான வணிக விமானங்கள் சுமார் 30,000 அடி உயரத்தில் பறக்கின்றன. ஒரு ஓரலகு கனஅளவு காற்றில் மூலக்கூறுகள் குறைவாக இருப்பதால், உயரம் அதிகரிக்கும் போது அழுத்தம் குறைகிறது. எனவே, விமானத்தில் இருக்கும் போது, விமானத்தைச் சுற்றியுள்ள அழுத்தம் மிகவும் குறைவாக இருப்பதால், ஆக்ஸிஜன் பற்றாக்குறையால் ஒருவர் மயக்கமடையக்கூடும். இந்த காரணத்திற்காக, விமான அறைகள் செயற்கையாக அழுத்தமூட்டப்படுகின்றன.
இதேபோல், ஒரு வெற்றுச் சமவெளியில் ஒரு மலையில் ஏறும் போது, அழுத்தம் குறைவதன் விளைவு ஒருவரின் காதுகளில் சிறிய வலியாக உணரப்படுகிறது. வெளிப்புற அழுத்தம் குறைந்தாலும், காது குழிகளுக்குள் இருக்கும் உள் அழுத்தம் அப்படியே இருக்கும். இது ஒரு சமநிலையின்மையை உருவாக்குகிறது. அதிக உள் அழுத்தம் செவிப்பறையை வெளிப்புறமாக வீங்கச் செய்து வலியை ஏற்படுத்துகிறது. காது குழிகளுக்குள் இருக்கும் அதிகப்படியான காற்று சிறிது நேரத்திற்குப் பிறகு வெளியேறுகிறது, மேலும் கொட்டாவியின் உதவியுடன் உள் மற்றும் வெளிப்புற அழுத்தத்தை சமன் செய்து வலியைப் போக்குகிறது.
நீருக்கடியில் மூழ்கும் வீரர்கள் தேவையில்லாமல் மூச்சைப் பிடித்துக் கொள்ள வேண்டாம் என்று அறிவுறுத்தப்படுகிறார்கள். ஏன் என்று உங்களுக்குத் தெரியுமா?
படம் (6.3) இல் காணாமல் போன அளவுருக்களைக் கண்டுபிடிப்போம் (6.3(b) இல் கனஅளவு மற்றும் 6.3(c) இல் அழுத்தம்)
தீர்வு:
பாயிலின் விதியின்படி, நிலையான வெப்பநிலையில் ஒரு குறிப்பிட்ட நிறை வாயுவுக்கு,
\[ \mathrm{P_1V_1 = P_2V_2 = P_3V_3} \]\[ 1 \ \mathrm{atm} \times 1 \ \mathrm{dm^3} = 2 \ \mathrm{atm} \times \mathrm{V_2} = \mathrm{P_3} \times 0.25 \ \mathrm{dm^3} \]\[ 2 \ \mathrm{atm} \times \mathrm{V_2} = 1 \ \mathrm{atm} \times 1 \ \mathrm{dm^3} \]\[ \mathrm{V_2} = \frac{1 \ \mathrm{atm} \times 1 \ \mathrm{dm^3}}{2 \ \mathrm{atm}} = 0.5 \ \mathrm{dm^3} \]மற்றும்
\[ \mathrm{P_3} \times 0.25 \ \mathrm{dm^3} = 1 \ \mathrm{atm} \times 1 \ \mathrm{dm^3} \]\[ \mathrm{P_3} = \frac{1 \ \mathrm{atm} \times 1 \ \mathrm{dm^3}}{0.25 \ \mathrm{dm^3}} = 4 \ \mathrm{atm} \]உங்களை நீங்களே மதிப்பீடு செய்யுங்கள்
ஃப்ரீயான்-12, குளிர்சாதனப் பெட்டி அமைப்பில் குளிரூட்டியாகப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் சேர்மம், ஓசோன் படலத்தைச் சிதைக்கிறது. இப்போது அது சூழல் நட்பு சேர்மங்களால் மாற்றப்பட்டுள்ளது. \( 0.3 \ \mathrm{atm} \) அழுத்தத்தில் \( 1.5 \ \mathrm{dm^3} \) வாயு ஃப்ரீயான் மாதிரியைக் கவனியுங்கள். நிலையான வெப்பநிலையில் அழுத்தம் \( 1.2 \ \mathrm{atm} \) ஆக மாற்றப்பட்டால், வாயுவின் கனஅளவு அதிகரிக்குமா அல்லது குறையுமா?
ஒரு குறிப்பிட்ட வாகன இயந்திரத்தின் உள்ளே, அழுத்தம் 1.05 atm ஆக இருக்கும்போது, ஒரு உருளையில் காற்றின் கனஅளவு \( 0.375 \ \mathrm{dm^3} \) ஆகும். அதே வெப்பநிலையில் வாயு \( 0.125 \ \mathrm{dm^3} \) கனஅளவிற்கு அமுக்கப்படும்போது, அமுக்கப்பட்ட காற்றின் அழுத்தம் என்ன?
6.2.2 சார்லஸ் விதி (கனஅளவு-வெப்பநிலை தொடர்பு)
ஒரு வாயுவின் கனஅளவிற்கும் அதன் வெப்பநிலைக்கும் இடையிலான தொடர்பை J. A. C. சார்லஸ் ஆய்வு செய்தார். நிலையான அழுத்தத்தில் ஒரு வாயுவின் நிலையான நிறைக்கு, கனஅளவு அதன் வெப்பநிலைக்கு (K) நேர்த்தகவில் இருக்கும் என்று அவர் கண்டறிந்தார். கணிதப்படி இதைப் பின்வருமாறு குறிப்பிடலாம் (நிலையான \( P \) மற்றும் \( n \) இல்)
\[ \mathrm{V} = k\mathrm{T} \tag{6.5} \]\[ \frac{\mathrm{V}}{\mathrm{T}} = \text{மாறிலி} \]வாயுவின் வெப்பநிலை அதிகரித்தால், கனஅளவும் நேர்த்தகவில் அதிகரிக்கிறது, இதனால் \( \frac{\mathrm{V}}{\mathrm{T}} \) ஒரு மாறிலியாகும். நிலையான அழுத்தத்தில் உள்ள அதே அமைப்புக்கு, ஒருவர் எழுதலாம்
\[ \frac{\mathrm{V_1}}{\mathrm{T_1}} = \frac{\mathrm{V_2}}{\mathrm{T_2}} = \text{மாறிலி} \tag{6.6} \]எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு பலூன் பனிக்கட்டி குளிர்ந்த நீர் குளியலில் இருந்து கொதிக்கும் நீர் குளியலுக்கு நகர்த்தப்பட்டால், வாயுவின் வெப்பநிலை அதிகரிக்கிறது. இதன் விளைவாக, பலூனின் உள்ளே இருக்கும் வாயு மூலக்கூறுகள் வேகமாக நகர்ந்து வாயு விரிவடைகிறது. எனவே, கனஅளவு அதிகரிக்கிறது.
நிலையான அழுத்தத்தில் வெப்பநிலையுடன் கனஅளவின் மாறுபாடு
ஒரு குறிப்பிட்ட அழுத்தத்தில் வாயுவின் கனஅளவிற்கும் அதன் வெப்பநிலைக்கும் இடையிலான வரைபடம் படம் 6.5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. வரைபடத்திலிருந்து, ஒரு குறிப்பிட்ட அழுத்தத்தில் வாயுவின் கனஅளவு வெப்பநிலையுடன் நேர்கோட்டில் அதிகரிப்பது தெளிவாகிறது. இத்தகைய கோடுகள் சமஅழுத்த வரைகள் (isobars) என்று அழைக்கப்படுகின்றன. அவற்றைப் பின்வரும் நேர்கோட்டுச் சமன்பாட்டால் வெளிப்படுத்தலாம்.
\[ \mathrm{V} = \mathrm{mT} + \mathrm{C} \]இங்கு \( \mathrm{T} \) என்பது டிகிரி செல்சியஸில் உள்ள வெப்பநிலை மற்றும் m & C மாறிலிகள்.
\( \mathrm{T} = 0^{\circ}\mathrm{C} \) ஆக இருக்கும்போது கனஅளவு \( \mathrm{V_0} \) ஆகிறது. எனவே, \( \mathrm{V_0} = \mathrm{C} \) மற்றும் நேர்கோட்டின் சாய்வு m ஆனது \( \Delta \mathrm{V} / \Delta \mathrm{T} \) க்கு சமம். எனவே மேலே உள்ள சமன்பாட்டைப் பின்வரும் வடிவத்தில் எழுதலாம்.
\[ V = \left(\frac{\Delta V}{\Delta T}\right)T + V_0 \tag{6.7} \](\( n, P \) மாறிலி)
சமன்பாடு 6.7 ஐ \( \mathrm{V_0} \) ஆல் வகுக்கவும்
\[ \frac{V}{V_0} = \frac{1}{V_0}\left(\frac{\Delta V}{\Delta T}\right)T + 1 \tag{6.8} \]சார்லஸ் மற்றும் கே லுசாக், நிலையான அழுத்தத்தின் கீழ், ஒரு டிகிரி வெப்பநிலை உயர்வுக்கான ஒப்பீட்டு கனஅளவு அதிகரிப்பு அனைத்து வாயுக்களுக்கும் ஒரே மாதிரியாக இருப்பதைக் கண்டறிந்தனர். ஒரு \( ^{\circ}\mathrm{C} \) க்கான ஒப்பீட்டு கனஅளவு அதிகரிப்பு ( \( \alpha \) ) ஆனது \( \frac{1}{V_0}\left(\frac{\Delta V}{\Delta T}\right) \) க்கு சமம்
எனவே
\[ \frac{V}{V_0} = \alpha T + 1 \]\[ V = V_0(\alpha T + 1) \tag{6.9} \]விரிவுக் கெழு தோராயமாக \( 1/273 \) க்கு சமம் என்று சார்லஸ் கண்டறிந்தார். அதாவது, நிலையான அழுத்தத்தில் ஒரு குறிப்பிட்ட நிறைக்கு, ஒவ்வொரு டிகிரி வெப்பநிலை உயர்வுக்கும், அனைத்து வாயுக்களும் \( 0^{\circ}\mathrm{C} \) இல் அவற்றின் கனஅளவில் \( 1/273 \) பங்கு விரிவடைகின்றன.
படம் 6.5 இல் உள்ள நேர்கோட்டை சோதனை அளவீடுகளுக்கு அப்பால் நீட்டித்தால், நேர்கோடு வெப்பநிலை அச்சை (x-அச்சு) \( -273^{\circ}\mathrm{C} \) இல் வெட்டுகிறது. இது வாயுவின் கனஅளவு \( -273^{\circ}\mathrm{C} \) இல் பூஜ்ஜியமாகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது; இன்னும் துல்லியமாக இந்த வெப்பநிலை \( -273.15^{\circ}\mathrm{C} \) ஆகும். இந்த வெப்பநிலைக்குக் கீழே வாயு எதிர்மறை கனஅளவைக் கொண்டிருக்கும், இது இயற்பியல் ரீதியாக சாத்தியமற்றது. இந்த காரணத்திற்காக, இந்த வெப்பநிலை கெல்வின் என்பவரால் தனி வெப்பநிலை (absolute zero) என வரையறுக்கப்பட்டது, மேலும் அவர் தனி வெப்பநிலையை தொடக்கப் புள்ளியாகக் கொண்ட ஒரு புதிய வெப்பநிலை அளவுகோலை முன்மொழிந்தார், இது இப்போது கெல்வின் அளவுகோல் என்று அழைக்கப்படுகிறது. கெல்வின் வெப்பநிலை அளவுகோலுக்கும் செல்சியஸ் வெப்பநிலை அளவுகோலுக்கும் இடையிலான ஒரே வேறுபாடு, பூஜ்ஜிய நிலை மாற்றப்பட்டுள்ளது என்பதாகும். இரு அளவுகோல்களிலும் நீரின் கொதிநிலை மற்றும் உறைநிலை கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளன.
| அளவுகோல் | தனி வெப்பநிலை | நீரின் உறைநிலை | நீரின் கொதிநிலை |
|---|---|---|---|
| கெல்வின் அளவுகோல் | 0 K | 273.15 K | 373.15 K |
| செல்சியஸ் அளவுகோல் | -273.15 °C | 0 °C | 100 °C |
எடுத்துக்காட்டு:
படம் 6.6 இல் காணாமல் போன அளவுருக்களைக் கண்டுபிடிப்போம் (6.6(b) இல் கனஅளவு மற்றும் 6.6(c) இல் வெப்பநிலை)
தீர்வு:
சார்லஸ் விதியின்படி,
\[ \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} = \frac{V_3}{T_3} \]\[ \frac{0.3 \ \mathrm{dm^3}}{200 \ \mathrm{K}} = \frac{V_2}{300 \ \mathrm{K}} = \frac{0.15 \ \mathrm{dm^3}}{T_3} \]\[ \frac{V_2}{300 \ \mathrm{K}} = \frac{0.3 \ \mathrm{dm^3}}{200 \ \mathrm{K}} \]\[ V_2 = \frac{0.3 \ \mathrm{dm^3} \times 300 \ \mathrm{K}}{200 \ \mathrm{K}} = 0.45 \ \mathrm{dm^3} \]\[ \frac{0.15 \ \mathrm{dm^3}}{T_3} = \frac{0.3 \ \mathrm{dm^3}}{200 \ \mathrm{K}} \]\[ T_3 = \frac{0.15 \ \mathrm{dm^3} \times 200 \ \mathrm{K}}{0.3 \ \mathrm{dm^3}} = 100 \ \mathrm{K} \]உங்களை நீங்களே மதிப்பீடு செய்யுங்கள்
- ஒரு வாயு மாதிரி அறியப்படாத வெப்பநிலையில் \( 3.8 \ \mathrm{dm^3} \) கனஅளவைக் கொண்டுள்ளது. மாதிரி \( 0^{\circ}\mathrm{C} \) இல் பனிக்கட்டி நீரில் மூழ்கடிக்கப்படும்போது அதன் கனஅளவு \( 2.27 \ \mathrm{dm^3} \) ஆகக் குறைகிறது. அதன் ஆரம்ப வெப்பநிலை என்ன?
6.2.3 கே-லுசாக் விதி (அழுத்தம்-வெப்பநிலை தொடர்பு)
ஜோசப் கே-லுசாக், நிலையான கனஅளவில் ஒரு வாயுவின் நிலையான நிறையின் அழுத்தம் வெப்பநிலைக்கு நேர்த்தகவில் இருக்கும் என்று கூறினார்.
\[ \mathrm{P} \propto \mathrm{T} \]\[ \text{அல்லது} \quad \frac{\mathrm{P}}{\mathrm{T}} = \text{மாறிலி} \ k \]\( \mathrm{P_1} \) மற்றும் \( \mathrm{P_2} \) ஆகியவை முறையே \( \mathrm{T_1} \) மற்றும் \( \mathrm{T_2} \) வெப்பநிலைகளில் உள்ள அழுத்தங்களாக இருந்தால், கே-லுசாக் விதியிலிருந்து
\[ \frac{\mathrm{P_1}}{\mathrm{T_1}} = \frac{\mathrm{P_2}}{\mathrm{T_2}} \]செயல்பாடு - 1
கீழே உள்ள அட்டவணை ஒரு மோல் சிறந்த வாயுவிற்கு வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் அளவிடப்பட்ட அழுத்த மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளது. மதிப்புகளை வரைபடத்தில் வரைந்து, கே-லுசாக் விதியைச் சரிபார்க்கவும். [அழுத்தம் vs வெப்பநிலை வரைபடத்தில் உள்ள கோடுகள் ஒரு வாயுவின் சமகனஅளவு வரைகள் (isochores) என்று அழைக்கப்படுகின்றன.]
| வெப்பநிலை (டிகிரி செல்சியஸில்) | 32 | 69 | 94 | 130 | 154 | 191 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 L கொள்கலனில் அழுத்தம் (atm) | 0.51 | 0.56 | 0.60 | 0.66 | 0.70 | 0.76 |
| 75 L கொள்கலனில் அழுத்தம் (atm) | 0.34 | 0.37 | 0.40 | 0.44 | 0.47 | 0.51 |
6.2.4 அவகாதரோ கருதுகோள்
வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தின் ஒரே நிலைமைகளின் கீழ் அனைத்து வாயுக்களின் சம கனஅளவுகள் சம எண்ணிக்கையிலான மூலக்கூறுகளைக் கொண்டிருக்கும் என்று அவகாதரோ கருதுகோள் தெரிவிக்கிறது. அவகாதரோவின் கருதுகோளின் கணித வடிவத்தைப் பின்வருமாறு வெளிப்படுத்தலாம்
\[ \mathrm{V} \propto \mathrm{n} \]\[ \frac{\mathrm{V_1}}{\mathrm{n_1}} = \frac{\mathrm{V_2}}{\mathrm{n_2}} = \text{மாறிலி} \tag{6.10} \]இங்கு \( \mathrm{V_1} \) & \( \mathrm{n_1} \) என்பது ஒரு வாயுவின் கனஅளவு மற்றும் மோல்களின் எண்ணிக்கை, மற்றும் \( \mathrm{V_2} \) & \( \mathrm{n_2} \) என்பது அதே வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் அதே வாயுவின் கனஅளவு மற்றும் மோல்களின் எண்ணிக்கையின் வேறுபட்ட மதிப்புகளின் தொகுப்பாகும்.
உங்களை நீங்களே மதிப்பீடு செய்யுங்கள்
- ஒரு இயங்கியல் ஆராய்ச்சி ஆய்வில் ஒரு விளையாட்டு வீரர் ஆழ்ந்த மூச்சை உள்ளிழுக்கும்போது அவரது நுரையீரல் கனஅளவு \( 7.05 \ \mathrm{dm^3} \) ஆக உள்ளது. இந்த கனஅளவில் நுரையீரல்களில் 0.312 மோல் காற்று உள்ளது. மூச்சை வெளிவிடும் போது அவரது நுரையீரலின் கனஅளவு \( 2.35 \ \mathrm{dm^3} \) ஆகக் குறைகிறது. மூச்சை வெளிவிடும் போது விளையாட்டு வீரர் எத்தனை மோல் காற்றை வெளியிடுகிறார்? (அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை மாறிலியாக இருக்கும் எனக் கொள்க)
6.3 சிறந்த வாயு சமன்பாடு
வாயு நிலை பின்வரும் நான்கு மாறிகள் \( \mathrm{T}, \mathrm{P}, \mathrm{V} \) மற்றும் \( \mathrm{n} \) ஐப் பயன்படுத்தி முழுமையாக விவரிக்கப்படுகிறது, மேலும் அவற்றின் தொடர்புகள் இதுவரை படித்த வாயு விதிகளால் நிர்வகிக்கப்பட்டன.
\[ \text{பாயிலின் விதி} \quad \mathrm{V} \propto \frac{1}{\mathrm{P}} \]\[ \text{சார்லஸ் விதி} \quad \mathrm{V} \propto \mathrm{T} \]\[ \text{அவகாதரோ விதி} \quad \mathrm{V} \propto \mathrm{n} \]இந்த சமன்பாடுகளை பின்வரும் பொதுச் சமன்பாட்டில் இணைக்கலாம், இது அனைத்து வாயுக்களின் இயற்பியல் நடத்தையை விவரிக்கிறது.
\[ \mathrm{V} \propto \frac{\mathrm{nT}}{\mathrm{P}} \]\[ \mathrm{V} = \frac{\mathrm{nRT}}{\mathrm{P}} \]இங்கு \( \mathrm{R} \) என்பது அனைத்துலக வாயு மாறிலி எனப்படும் விகித மாறிலி ஆகும்.
மேலே உள்ள சமன்பாட்டை மறுசீரமைத்து சிறந்த வாயு சமன்பாட்டைப் பெறலாம்
\[ \mathrm{PV} = \mathrm{nRT} \tag{6.11} \]அழுத்தம் பல்வேறு அலகுகளில் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது (அட்டவணை 6.1) என்பதை நாம் ஏற்கனவே அறிவோம், எனவே வெவ்வேறு அலகுகளில் வாயு மாறிலி R இன் மதிப்புகளையும் அறிந்து கொள்வது முக்கியம்.
சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி R ஐக் கணக்கிடலாம்,
\[ \mathrm{R} = \frac{\mathrm{PV}}{\mathrm{nT}} \]P ஆனது 1 atm ஆகவும், 273.15 K இல் 1 மோலுக்கு கனஅளவு \( 22.414 \ \mathrm{dm^3} \) ஆகவும் உள்ள நிலைகளுக்கு
\[ \mathrm{R} = \frac{1 \ \mathrm{atm} \times 22.414 \ \mathrm{dm^3}}{1 \ \mathrm{mol} \times 273.15 \ \mathrm{K}} = 0.0821 \ \mathrm{dm^3 \ atm \ mol^{-1} \ K^{-1}} \]சீர்தர நிலைகளில் (STP) \( \mathrm{P} = 1 \ \mathrm{bar} \) (\( 10^5 \) பாஸ்கல்), \( \mathrm{V} = 22.71 \times 10^{-3} \ \mathrm{m^3} \) 273.15 K இல் 1 மோல் வாயுவிற்கு
\[ \mathrm{R} = \frac{10^5 \ \mathrm{Pa} \times 22.71 \times 10^{-3} \ \mathrm{m^3}}{1 \ \mathrm{mol} \times 273.15 \ \mathrm{K}} \]\[ = 8.314 \ \mathrm{Pa \ m^3 \ K^{-1} \ mol^{-1}} \]\[ = 8.314 \times 10^{-5} \ \mathrm{bar \ m^3 \ K^{-1} \ mol^{-1}} \]\[ = 8.314 \times 10^{-2} \ \mathrm{bar \ dm^3 \ K^{-1} \ mol^{-1}} \]\[ = 8.314 \times 10^{-2} \ \mathrm{bar \ L \ K^{-1} \ mol^{-1}} \]\[ = 8.314 \ \mathrm{J \ K^{-1} \ mol^{-1}} \]சிறந்த வாயு சமன்பாடு என்பது நான்கு மாறிகள் (P, V, T, n) இடையேயான ஒரு தொடர்பாகும். இது எந்தவொரு வாயுவின் நிலையையும் விவரிப்பதால், இது வாயுக்களின் நிலைச் சமன்பாடு என்று குறிப்பிடப்படுகிறது.
2 மோல் சல்பர் ஹெக்சாபுளோரைடு ஒரு எஃகு பாத்திரத்தில் \( 6 \ \mathrm{dm^3} \) கனஅளவில் \( 70^{\circ}\mathrm{C} \) இல் செலுத்தும் அழுத்தத்தை இது ஒரு சிறந்த வாயு என்று கருதி கணக்கிடுவோம்.
இந்தக் கணக்கீட்டிற்கு சிறந்த வாயு சமன்பாட்டைப் பின்வருமாறு பயன்படுத்துவோம்:
\[ \mathrm{P} = \frac{\mathrm{nRT}}{\mathrm{V}} = \frac{2 \ \mathrm{mol} \times 0.0821 \ \mathrm{L \ atm \ K^{-1} \ mol^{-1}} \times (70 + 273) \ \mathrm{K}}{6 \ \mathrm{L}} = 9.39 \ \mathrm{atm} \]உங்களை நீங்களே மதிப்பீடு செய்யுங்கள்
- ஒரு சிறிய குமிழி ஏரியின் அடிப்பகுதியில் இருந்து உயர்கிறது, அங்கு வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தம் \( 8^{\circ}\mathrm{C} \) மற்றும் \( 6.4 \ \mathrm{atm} \) ஆகும், நீரின் மேற்பரப்பிற்கு, அங்கு வெப்பநிலை \( 25^{\circ}\mathrm{C} \) மற்றும் அழுத்தம் 1 atm ஆகும். குமிழியின் இறுதி கனஅளவை (mL இல்) கணக்கிடுங்கள், அதன் ஆரம்ப கனஅளவு \( 2.1 \ \mathrm{mL} \) ஆகும்.
6.4 வாயுக்களின் கலவை - டால்டனின் பகுதி அழுத்த விதி
வினைபுரியாத வாயுக் கலவைகளின் ஆய்வுகள், ஒரு வாயுக் கலவையில் ஒவ்வொரு கூறுகளும் சுயாதீனமாக நடந்துகொள்கின்றன என்பதைக் காட்டியது. ஒரு வாயுக் கலவைக்கு, தனித்தனி கூறுகளின் அழுத்தம் கலவையின் மொத்த அழுத்தத்திற்கு எவ்வாறு பங்களிக்கிறது என்பதை அறிவது முக்கியம்.
ஜான் டால்டன் கூறியதாவது “வினைபுரியாத வாயுக்களின் கலவையின் மொத்த அழுத்தம், கலவையில் உள்ள வாயுக்களின் பகுதி அழுத்தங்களின் கூட்டுத்தொகைக்கு சமம்”, இங்கு ஒரு கூறு வாயுவின் பகுதி அழுத்தம் என்பது அதே கனஅளவு மற்றும் வெப்பநிலையில் அது மட்டும் இருந்தால் அது செலுத்தும் அழுத்தமாகும். இது டால்டனின் பகுதி அழுத்த விதி என்று அழைக்கப்படுகிறது.
அதாவது, V கனஅளவு கொண்ட ஒரு கொள்கலனில் முறையே \( p_1 \), \( p_2 \) மற்றும் \( p_3 \) என்ற பகுதி அழுத்தங்களுடன் 1, 2 மற்றும் 3 ஆகிய மூன்று வாயுக்களைக் கொண்ட கலவைக்கு, மொத்த அழுத்தம் \( P_{\text{total}} \) பின்வருமாறு கொடுக்கப்படும்
\[ P_{\text{total}} = p_1 + p_2 + p_3 \tag{6.12} \]வாயுக்கள் சிறந்த முறையில் நடந்துகொள்கின்றன என்று கருதி,
\[ p_1 = \frac{n_1RT}{V}, \quad p_2 = \frac{n_2RT}{V}, \quad p_3 = \frac{n_3RT}{V} \]\[ P_{\text{total}} = \frac{n_1RT}{V} + \frac{n_2RT}{V} + \frac{n_3RT}{V} = (n_1 + n_2 + n_3) \frac{RT}{V} \]\[ P_{\text{total}} = \frac{n_{\text{Total}} RT}{V} \tag{6.13} \]பகுதி அழுத்தத்தை இவ்வாறும் வெளிப்படுத்தலாம்
\[ p_i = \frac{n_i}{n_{\text{Total}}} P_{\text{Total}} = x_i P_{\text{Total}} \tag{6.14} \]இங்கு \( x_i \) என்பது \( i^{th} \) கூறுகளின் மோல் பின்னமாகும்.
டால்டனின் விதியின் பயன்பாடு
நீரின் கீழ் இறக்கும் முறையில் வாயு சேகரிப்பு தொடர்பான ஒரு வினையில், சேகரிக்கப்பட்ட உலர் வாயுவின் அழுத்தத்தை டால்டனின் விதியைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்.
\[ P_{\text{சேகரிக்கப்பட்ட உலர் வாயு}} = P_{\text{மொத்தம்}} - P_{\text{நீராவி}} \]\( P_{\text{நீராவி}} \) பொதுவாக நீரீராவி அழுத்தம் (aqueous tension) என்று குறிப்பிடப்படுகிறது மற்றும் அதன் மதிப்புகள் பல்வேறு வெப்பநிலைகளில் காற்றிற்குக் கிடைக்கின்றன.
இந்தச் சிக்கலைத் தீர்ப்பதன் மூலம் டால்டனின் விதியைப் புரிந்துகொள்வோம். ஒரு வாயுக்களின் கலவையில் 4.76 மோல் Ne, 0.74 மோல் Ar மற்றும் 2.5 மோல் Xe உள்ளது. ஒரு நிலையான வெப்பநிலையில் மொத்த அழுத்தம் 2 atm ஆக இருந்தால், வாயுக்களின் பகுதி அழுத்தத்தைக் கணக்கிடுங்கள்.
தீர்வு:
\[ x_{\text{Ne}} = \frac{n_{\text{Ne}}}{n_{\text{Ne}} + n_{\text{Ar}} + n_{\text{Xe}}} = \frac{4.76}{4.76 + 0.74 + 2.5} = \frac{4.76}{8.0} = 0.595 \]\[ x_{\text{Ar}} = \frac{0.74}{4.76 + 0.74 + 2.5} = \frac{0.74}{8.0} = 0.093 \]\[ x_{\text{Xe}} = \frac{2.5}{4.76 + 0.74 + 2.5} = \frac{2.5}{8.0} = 0.312 \]\[ p_{\text{Ne}} = x_{\text{Ne}} P_{\text{Total}} = 0.595 \times 2 = 1.19 \ \mathrm{atm} \]\[ p_{\text{Ar}} = 0.093 \times 2 = 0.186 \ \mathrm{atm} \]\[ p_{\text{Xe}} = 0.312 \times 2 = 0.624 \ \mathrm{atm} \]உங்களை நீங்களே மதிப்பீடு செய்யுங்கள்
- (a) He மற்றும் \( \mathrm{O_2} \) கலவையானது ஆழ்கடல் மூழ்கும் வீரர்களின் ‘காற்று’ தொட்டிகளில் ஆழமான மூழ்கல்களுக்குப் பயன்படுத்தப்பட்டது. ஒரு குறிப்பிட்ட மூழ்கலுக்கு \( 1 \ \mathrm{atm} \) இல் \( 12 \ \mathrm{dm^3} \) \( \mathrm{O_2} \) மற்றும் \( 1 \ \mathrm{atm} \) இல் \( 46 \ \mathrm{dm^3} \) He ஆகிய இரண்டும் \( 5 \ \mathrm{dm^3} \) தொட்டியில் செலுத்தப்பட்டன. \( 298 \ \mathrm{K} \) இல் ஒவ்வொரு வாயுவின் பகுதி அழுத்தம் மற்றும் தொட்டியில் உள்ள மொத்த அழுத்தத்தைக் கணக்கிடுங்கள்.
(b) திட \( \mathrm{KClO_3} \) (பொட்டாசியம் குளோரேட்) மாதிரி ஒரு சோதனைக் குழாயில் சூடாக்கப்பட்டு, வினையின் படி \( \mathrm{O_2} \) பெறப்பட்டது
\[ 2\mathrm{KClO_3} \rightarrow 2\mathrm{KCl} + 3\mathrm{O_2} \]ஆக்ஸிஜன் வாயு \( 295 \ \mathrm{K} \) இல் நீரின் கீழ் இறக்கும் முறையில் சேகரிக்கப்பட்டது. கலவையின் மொத்த அழுத்தம் Hg இன் \( 772 \ \mathrm{mm} \) ஆகும். நீராவி அழுத்தம் \( 300 \ \mathrm{K} \) இல் Hg இன் \( 26.7 \ \mathrm{mm} \) ஆகும். ஆக்ஸிஜன் வாயுவின் பகுதி அழுத்தம் என்ன?
6.4.1 கிரஹாமின் விரவல் விதி
வாயுக்கள் கிடைக்கக்கூடிய அனைத்து இடத்தையும் ஆக்கிரமிக்கும் போக்கைக் கொண்டுள்ளன. இரண்டு வினைபுரியாத வாயுக்கள் கலக்க அனுமதிக்கப்படும்போது, வாயு மூலக்கூறுகள் அதிக செறிவு உள்ள பகுதியிலிருந்து குறைந்த செறிவு உள்ள பகுதிக்கு இடம்பெயர்கின்றன. வாயுக்களின் இந்தப் பண்பு, வாயு மூலக்கூறுகள் மற்ற வாயுக்கள் வழியாக நகர்வதை உள்ளடக்கியது, விரவல் எனப்படும். ஊடுருவல் என்பது மற்றொரு செயல்முறையாகும், இதில் ஒரு வாயு மிகச் சிறிய துளை வழியாக ஒரு கொள்கலனில் இருந்து வெளியேறுகிறது.
விரவல் அல்லது ஊடுருவலின் வீதம் மோலார் நிறையின் வர்க்க மூலத்திற்கு எதிர்த்தகவில் இருக்கும். இந்த அறிக்கை கிரஹாமின் விரவல்/ஊடுருவல் விதி எனப்படும்.
கணிதப்படி,
\[ \text{விரவல் வீதம்} \propto \frac{1}{\sqrt{\mathrm{M}}} \]இல்லையெனில்
\[ \frac{r_{\mathrm{A}}}{r_{\mathrm{B}}} = \sqrt{\frac{M_{\mathrm{B}}}{M_{\mathrm{A}}}} \tag{6.15} \]விரவும் வாயுக்கள் வெவ்வேறு அழுத்தங்களில் \( (\mathrm{P_A}, \mathrm{P_B}) \) இருக்கும்போது
\[ \frac{r_{\mathrm{A}}}{r_{\mathrm{B}}} = \frac{\mathrm{P_A}}{\mathrm{P_B}} \sqrt{\frac{M_{\mathrm{B}}}{M_{\mathrm{A}}}} \tag{6.16} \]இங்கு \( r_{\mathrm{A}} \) மற்றும் \( r_{\mathrm{B}} \) ஆகியவை A மற்றும் B இன் விரவல் வீதங்கள் மற்றும் \( M_{\mathrm{A}} \) மற்றும் \( M_{\mathrm{B}} \) ஆகியவை அவற்றின் மோலார் நிறைகள் ஆகும்.
எடுத்துக்காட்டு:
- ஒரு அறியப்படாத வாயு அதே வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் நைட்ரஜனின் வீதத்தில் 0.5 மடங்கு வீதத்தில் விரவுகிறது. அறியப்படாத வாயுவின் மோலார் நிறையைக் கணக்கிடுங்கள்.
தீர்வு:
\[ \frac{\text{வீதம்}_{\text{அறியப்படாத}}}{\text{வீதம்}_{\mathrm{N_2}}} = \sqrt{\frac{M_{\mathrm{N_2}}}{M_{\text{அறியப்படாத}}}} \]\[ 0.5 = \sqrt{\frac{28 \ \mathrm{g \ mol^{-1}}}{M_{\text{அறியப்படாத}}}} \]இருபுறமும் வர்க்கப்படுத்துதல்
\[ (0.5)^2 = \frac{28 \ \mathrm{g \ mol^{-1}}}{M_{\text{அறியப்படாத}}} \]\[ \Rightarrow M_{\text{அறியப்படாத}} = \frac{28}{0.25} = 112 \ \mathrm{g \ mol^{-1}} \]உங்களை நீங்களே மதிப்பீடு செய்யுங்கள்
- ஒரு குறிப்பிட்ட கனஅளவு கொண்ட எரியக்கூடிய ஹைட்ரோகார்பன் வாயு ஒரு சிறிய துளை வழியாக 1.5 நிமிடங்களில் விரவுகிறது. அதே வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்த நிலைகளில் சம கனஅளவு புரோமின் ஆவி அதே துளை வழியாக விரவ 4.73 நிமிடங்கள் ஆகும். அறியப்படாத வாயுவின் மோலார் நிறையைக் கணக்கிட்டு, இந்த வாயு எதுவாக இருக்கலாம் என்று பரிந்துரைக்கவும். (புரோமினின் மோலார் நிறை \( = 159.8 \ \mathrm{g / mol} \) எனக் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது)
6.5 சிறந்த வாயு நடத்தையிலிருந்து விலகல்
வாயு சமன்பாடு \( \mathrm{PV = nRT} \) க்கு அடிப்படையான வாயுக்களின் இயக்கக் கொள்கை (இயக்கக் கொள்கையின் கருத்துகள் இயற்பியல் பாடப்புத்தகத்தில் விவரிக்கப்பட்டுள்ளன), தனிப்பட்ட வாயு மூலக்கூறுகள் வாயுவின் மொத்த கனஅளவோடு ஒப்பிடும்போது புறக்கணிக்கத்தக்க கனஅளவை ஆக்கிரமித்துள்ளன மற்றும் வாயு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே ஈர்ப்பு விசை இல்லை என்று கருதுகிறது. அனைத்து நிலைகளிலும் இந்த கருதுகோள்களுடன் நடத்தை ஒத்துப்போகும் வாயுக்கள் சிறந்த வாயுக்கள் எனப்படுகின்றன. ஆனால் நடைமுறையில், இந்த இரண்டு கருதுகோள்களும் எல்லா நிலைகளிலும் செல்லுபடியாகாது. எடுத்துக்காட்டாக, வாயுக்களை திரவமாக்க முடியும் என்பது மூலக்கூறுகளுக்கிடையில் ஈர்ப்பு விசை உள்ளது என்பதைக் காட்டுகிறது. எனவே, எல்லா நிலைகளிலும் சிறந்த முறையில் நடந்துகொள்ளும் எந்த வாயுவும் இல்லை. சிறந்ததல்லாத வாயுக்கள் மெய்யான வாயுக்கள் எனப்படும். மெய்யான வாயுக்கள் சில நிலைமைகளின் கீழ் சிறந்த நடத்தையை அணுகும் போக்கு கொண்டுள்ளன.
6.5.1 அமுக்கத்திறன் காரணி Z
சிறந்த நடத்தையிலிருந்து மெய்யான வாயுக்களின் விலகல் \( \mathrm{PV} \) மற்றும் \( \mathrm{nRT} \) இன் விகிதத்தின் அடிப்படையில் அளவிடப்படுகிறது. இது அமுக்கத்திறன் காரணி என்று அழைக்கப்படுகிறது. கணிதப்படி,
\[ Z = \frac{\mathrm{PV}}{\mathrm{nRT}} \]சிறந்த வாயுக்களுக்கு \( \mathrm{PV = nRT} \), எனவே அமுக்கத்திறன் காரணி, \( Z = 1 \) அனைத்து வெப்பநிலைகள் மற்றும் அழுத்தங்களிலும். இந்த வாயுக்களுக்கு \( Z \) vs \( P \) இன் வரைபடம் அழுத்த அச்சுக்கு இணையான ஒரு நேர்கோட்டாக இருக்க வேண்டும். ஒரு வாயு சிறந்த நடத்தையிலிருந்து விலகும்போது, அதன் Z மதிப்பு ஒன்றிலிருந்து விலகுகிறது. அனைத்து வாயுக்களுக்கும், மிகக் குறைந்த அழுத்தங்கள் மற்றும் மிக அதிக வெப்பநிலைகளில் அமுக்கத்திறன் காரணி ஒன்றை அணுகும் மற்றும் அவை சிறந்த முறையில் நடந்துகொள்ள முனைகின்றன. சில பொதுவான வாயுக்களுக்கான அமுக்கத்திறன் காரணி vs அழுத்தத்தின் வரைபடம் படம் 6.8 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.
அழுத்தம் குறைவாக இருக்கும்போது, கொள்கலனின் கனஅளவு வாயு மூலக்கூறுகளின் கனஅளவோடு ஒப்பிடும்போது மிகப் பெரியதாக இருக்கும், எனவே வாயு மூலக்கூறுகளின் தனிப்பட்ட கனஅளவைப் புறக்கணிக்க முடியும். கூடுதலாக, ஒரு வாயுவில் உள்ள மூலக்கூறுகள் வெகு தொலைவில் உள்ளன மற்றும் ஈர்ப்பு விசைகள் புறக்கணிக்கத்தக்கவை. அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது, வாயுவின் அடர்த்தியும் அதிகரிக்கிறது மற்றும் மூலக்கூறுகள் ஒன்றுக்கொன்று மிக நெருக்கமாக இருக்கும். எனவே, மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான விசை மூலக்கூறுகளின் இயக்கத்தைப் பாதிக்கும் அளவுக்கு குறிப்பிடத்தக்கதாக மாறும், மேலும் வாயு சிறந்த முறையில் நடந்துகொள்ளாது.
அதிக வெப்பநிலைகளில், மூலக்கூறுகளின் சராசரி இயக்க ஆற்றல் மிக அதிகமாக உள்ளது, எனவே மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான ஈர்ப்புகள் முக்கியத்துவம் இல்லாததாக மாறும். வெப்பநிலை குறையும்போது, மூலக்கூறுகளின் சராசரி இயக்க ஆற்றலும் குறைகிறது, எனவே மூலக்கூறு ஈர்ப்பு அதிகரிக்கிறது. ஒரு மெய்யான வாயு நியாயமான அளவிலான அழுத்த வரம்பில் சிறந்த வாயு விதியைப் பின்பற்றும் வெப்பநிலை பாயில் வெப்பநிலை அல்லது பாயில் புள்ளி எனப்படும். பாயில் புள்ளி வாயுவின் தன்மையுடன் மாறுபடும். பாயில் புள்ளிக்கு மேலே, மெய்யான வாயுக்களுக்கு, \( Z > 1 \), அதாவது, மெய்யான வாயுக்கள் நேர்மறை விலகலைக் காட்டுகின்றன. பாயில் புள்ளிக்குக் கீழே, மெய்யான வாயுக்கள் முதலில் Z க்கு குறைவைக் காட்டுகின்றன, ஒரு குறைந்தபட்சத்தை அடைகின்றன, பின்னர் அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது அதிகரிக்கின்றன. எனவே, குறைந்த அழுத்தத்திலும் அதிக வெப்பநிலையிலும், மெய்யான வாயுக்கள் சிறந்த வாயுக்களாக நடந்துகொள்கின்றன என்பது தெளிவாகிறது.
6.5.2 மெய்யான வாயுக்களுக்கான அமுக்கத்திறன் காரணி
மெய்யான வாயுக்களுக்கான அமுக்கத்திறன் காரணி Z ஐ மீண்டும் எழுதலாம்
\[ Z = \frac{\mathrm{PV}_{\text{real}}}{\mathrm{nRT}} \tag{6.17} \]\[ V_{\text{ideal}} = \frac{\mathrm{nRT}}{\mathrm{P}} \tag{6.18} \]சமன்பாடு 6.18 ஐ 6.17 இல் பிரதியிட
\[ Z = \frac{V_{\text{real}}}{V_{\text{ideal}}} \tag{6.19} \]இங்கு \( V_{\text{real}} \) என்பது மெய்யான வாயுவின் மோலார் கனஅளவு மற்றும் \( V_{\text{ideal}} \) என்பது அது சிறந்த முறையில் நடந்துகொள்ளும்போது அதன் மோலார் கனஅளவு ஆகும்.
6.5.3 வான் டெர் வால்ஸ் சமன்பாடு
J. D. வான் டெர் வால்ஸ் மெய்யான வாயுக்களின் முதல் கணிதப் பகுப்பாய்வைச் செய்தார். அவரது சிகிச்சை மூலக்கூறு மட்டத்தில் மெய்யான வாயு நடத்தையின் விளக்கத்தை நமக்கு வழங்குகிறது. அவர் சிறந்த வாயு சமன்பாடு \( \mathrm{PV = nRT} \) ஐ இரண்டு திருத்தக் காரணிகளை அறிமுகப்படுத்தி மாற்றியமைத்தார், அவையாவன, அழுத்தத் திருத்தம் மற்றும் கனஅளவுத் திருத்தம்.
அழுத்தத் திருத்தம்
ஒரு வாயுவின் அழுத்தம், கொள்கலனின் சுவர்களில் மூலக்கூறுகள் மோதுவதால் உருவாக்கப்படும் விசைக்கு நேர்த்தகவில் இருக்கும். கொள்கலனின் சுவரை நோக்கி நகரும் ஒரு மூலக்கூறின் வேகம் அதன் அண்டை மூலக்கூறுகளால் செலுத்தப்படும் ஈர்ப்பு விசைகளால் குறைக்கப்படுகிறது. எனவே, அளவிடப்பட்ட வாயு அழுத்தம் வாயுவின் சிறந்த அழுத்தத்தை விட குறைவாக உள்ளது. எனவே, வான் டெர் வால்ஸ் இந்த விளைவிற்கு ஒரு திருத்த உறுப்பை அறிமுகப்படுத்தினார்.
சுவருக்கு அருகில் உள்ள ஒரு மூலக்கூறு அனுபவிக்கும் ஈர்ப்பு விசைகள் வாயுவின் அடர்த்தியின் வர்க்கத்திற்கு நேர்த்தகவில் உள்ளன என்பதை வான் டெர் வால்ஸ் கண்டுபிடித்தார்.
\[ \mathrm{P} \propto \rho^2 \]\[ \rho = \frac{\mathrm{n}}{\mathrm{V}} \]இங்கு n என்பது வாயுவின் மோல்களின் எண்ணிக்கை மற்றும் V என்பது கொள்கலனின் கனஅளவு
\[ \Rightarrow \mathrm{P} \propto \frac{\mathrm{n}^2}{\mathrm{V}^2} \]\[ \Rightarrow \mathrm{P} = \mathrm{a} \frac{\mathrm{n}^2}{\mathrm{V}^2} \]இங்கு a என்பது விகித மாறிலி மற்றும் வாயுவின் தன்மையைப் பொறுத்தது
எனவே,
\[ P_{\text{ideal}} = P + \frac{an^2}{V^2} \tag{6.20} \]கனஅளவுத் திருத்தம்
ஒரு வாயுவின் ஒவ்வொரு தனிப்பட்ட மூலக்கூறும் ஒரு குறிப்பிட்ட கனஅளவை ஆக்கிரமிப்பதால், உண்மையான கனஅளவு V கொள்கலனின் கனஅளவை விட குறைவாகும். வான் டெர் வால்ஸ் இந்த விளைவிற்கு \( V' \) என்ற திருத்தக் காரணியை அறிமுகப்படுத்தினார். வாயு மூலக்கூறுகளைக் கோளங்களாகக் கருதி திருத்த உறுப்பைக் கணக்கிடுவோம்.
இங்கு \( v_m \) என்பது ஒற்றை மூலக்கூறின் கனஅளவு
ஒற்றை மூலக்கூறுக்கான விலக்கப்பட்ட கனஅளவு
\[ = \frac{8V_m}{2} = 4V_m \]n மூலக்கூறுகளுக்கான விலக்கப்பட்ட கனஅளவு
\[ = n(4V_m) = nb \]இங்கு b என்பது வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலி, இது \( 4V_m \) க்கு சமம்
\[ \Rightarrow V' = nb \]\[ V_{\text{ideal}} = V - nb \tag{6.21} \]சிறந்த வாயு சமன்பாடு \( \mathrm{PV = nRT} \) இல் திருத்தப்பட்ட அழுத்தம் மற்றும் கனஅளவைப் பிரதியிட, மெய்யான வாயுக்களுக்கான வான் டெர் வால்ஸ் நிலைச் சமன்பாட்டைப் பின்வருமாறு பெறுகிறோம்,
\[ \left(P + \frac{an^2}{V^2}\right)(V - nb) = nRT \tag{6.22} \]மாறிலிகள் \( a \) மற்றும் \( b \) ஆகியவை வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலிகள் மற்றும் அவற்றின் மதிப்புகள் வாயுவின் தன்மையுடன் மாறுபடும். இது சிறந்ததல்லாத வாயுவிற்கான தோராயமான சூத்திரமாகும்.
6.6 கார்பன் டை ஆக்சைடின் அழுத்தம்-கனஅளவு சமவெப்ப வரைபுகள்
ஆண்ட்ரூஸின் சமவெப்ப வரைபு
தாமஸ் ஆண்ட்ரூஸ் ஒரு பொருளின் வாயு மற்றும் திரவ நிலைகளில் அழுத்தம்-கனஅளவு-வெப்பநிலை பற்றிய முதல் முழுமையான தரவுகளை வழங்கினார். அவர் வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் கார்பன் டை ஆக்சைட்டின் சமவெப்ப வரைபுகளை வரைந்தார், இது படம் 6.12 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. வரைபுகளிலிருந்து பின்வருவனவற்றை நாம் அறியலாம்.
குறைந்த வெப்பநிலை சமவெப்ப வரைபுகளில், எடுத்துக்காட்டாக, \( 13^{\circ}\mathrm{C} \) இல் அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது, கனஅளவு AB உடன் குறைகிறது மற்றும் B புள்ளியை அடையும் வரை ஒரு வாயுவாகும். B இல், BC கோட்டுடன் ஒரு திரவம் பிரிகிறது, திரவம் மற்றும் வாயு இரண்டும் சேர்ந்து உள்ளன மற்றும் அழுத்தம் மாறிலியாக இருக்கும். C இல், வாயு முழுமையாக திரவமாக மாற்றப்படுகிறது. C இல் உள்ள அழுத்தத்தை விட அதிகமாக இருந்தால், திரவம் மட்டுமே அமுக்கப்படுகிறது, எனவே கனஅளவில் குறிப்பிடத்தக்க மாற்றம் இல்லை. அடுத்தடுத்த சமவெப்ப வரைபுகள் குறுகிய தட்டையான பகுதியுடன் ஒத்த போக்கைக் காட்டுகின்றன. அதாவது, திரவம் மற்றும் வாயு ஒன்றாக இருக்கும் கனஅளவு வரம்பு குறுகியதாகிறது. \( 31.1^{\circ}\mathrm{C} \) வெப்பநிலையில் குறுகிய பகுதியின் நீளம் P புள்ளியில் பூஜ்ஜியமாகக் குறைக்கப்படுகிறது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், \( \mathrm{CO_2} \) வாயு இந்த புள்ளியில் முழுமையாக திரவமாக்கப்படுகிறது. இந்த வெப்பநிலை \( \mathrm{CO_2} \) இன் திரவமாக்கல் வெப்பநிலை அல்லது உய்ய வெப்பநிலை என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த புள்ளியில் அழுத்தம் 73 atm ஆகும். இந்த வெப்பநிலைக்கு மேல் \( \mathrm{CO_2} \) அனைத்து அழுத்த மதிப்புகளிலும் ஒரு வாயுவாகவே இருக்கும். பல மெய்யான வாயுக்கள் கார்பன் டை ஆக்சைடைப் போன்ற முறையில் நடந்துகொள்கின்றன என்பது பின்னர் நிரூபிக்கப்பட்டது.
சமவெப்ப வரைபுகளின் தன்மை ஒத்திருந்தாலும், உய்ய வெப்பநிலை, அதனுடைய அழுத்தம் மற்றும் கனஅளவு ஒரு குறிப்பிட்ட வாயுவின் சிறப்பியல்புகளாகும்.
இப்போது நாம் உய்ய மாறிலிகளைப் பின்வருமாறு வரையறுக்கலாம்.
- ஒரு வாயுவின் உய்ய வெப்பநிலை \( (T_c) \) என்பது அதற்கு மேல் அதை அதிக அழுத்தத்திலும் கூட திரவமாக்க முடியாத வெப்பநிலை என வரையறுக்கப்படுகிறது.
- ஒரு வாயுவின் உய்ய அழுத்தம் \( (P_c) \) என்பது அதன் உய்ய வெப்பநிலையில் 1 மோல் வாயுவை திரவமாக்க தேவையான குறைந்தபட்ச அழுத்தம் என வரையறுக்கப்படுகிறது.
- உய்ய கனஅளவு \( (V_c) \) என்பது ஒரு வாயுவின் உய்ய வெப்பநிலை மற்றும் உய்ய அழுத்தத்தில் 1 மோல் வாயு ஆக்கிரமித்துள்ள கனஅளவு என வரையறுக்கப்படுகிறது.
சில பொதுவான வாயுக்களின் உய்ய மாறிலிகள் அட்டவணை 6.2 இல் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன.
அட்டவணை 6.2 சில வாயுக்களின் உய்ய மாறிலிகள்
| வாயுவின் பெயர் | உய்ய வெப்பநிலை (T) K இல் | உய்ய அழுத்தம் (P) atm இல் | உய்ய கனஅளவு (V) \( \mathrm{cm^3 \ mol^{-1}} \) |
|---|---|---|---|
| ஹீலியம் (He) | 5.2 | 2.26 | 57.8 |
| கார்பன் டை ஆக்சைடு (CO₂) | 304.2 | 72.9 | 94.0 |
| ஆக்ஸிஜன் (O₂) | 154.8 | 50.1 | 78.0 |
| நைட்ரஜன் (N₂) | 126.3 | 33.5 | 90.1 |
| ஹைட்ரஜன் (H₂) | 33.2 | 12.80 | 65 |
| நீர் (H₂O) | 647.4 | 218.3 | 55.3 |
| அம்மோனியா (NH₃) | 405.5 | 111.3 | 72.5 |
| ஹைட்ரஜன் குளோரைடு (HCl) | 324.7 | 81.5 | 81.0 |
| மீத்தேன் (CH₄) | 190.6 | 45.6 | 98.7 |
| எத்திலீன் (C₂H₄) | 283.1 | 50.50 | 124 |
உங்களை நீங்களே மதிப்பீடு செய்யுங்கள்
- \( \mathrm{H_2O} \), \( \mathrm{NH_3} \), மற்றும் \( \mathrm{CO_2} \) இன் உய்ய வெப்பநிலைகள் முறையே 647.4, 405.5 மற்றும் 304.2 K ஆகும். 700 K வெப்பநிலையில் இருந்து குளிர்விக்கத் தொடங்கும் போது எது முதலில் திரவமாகும் மற்றும் எது இறுதியாக திரவமாகும்?
6.6.1 வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலிகளிலிருந்து உய்ய மாறிலிகளின் வழித்தோற்றல்
n மோல்களுக்கான வான் டெர் வால்ஸ் சமன்பாடு
\[ \left(P + \frac{an^2}{V^2}\right)(V - nb) = nRT \tag{6.22} \]1 மோலுக்கு
\[ \left(P + \frac{a}{V^2}\right)(V - b) = RT \tag{6.23} \]சமன்பாட்டிலிருந்து நாம் a மற்றும் b, வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலிகளின் அடிப்படையில் உய்ய மாறிலிகள் \( P_c \), \( V_c \) மற்றும் \( T_c \) இன் மதிப்புகளைப் பெறலாம். மேலே உள்ள சமன்பாட்டை விரிவுபடுத்த
\[ PV + \frac{a}{V} - Pb - \frac{ab}{V^2} - RT = 0 \tag{6.24} \]சமன்பாடு (6.24) ஐ \( \frac{V^2}{P} \) ஆல் பெருக்கவும்
\[ \frac{V^2}{P}\left(PV + \frac{a}{V} - Pb - \frac{ab}{V^2} - RT\right) = 0 \]\[ V^3 + \frac{aV}{P} - bV^2 - \frac{ab}{P} - \frac{RTV^2}{P} = 0 \tag{6.25} \]மேலே உள்ள சமன்பாட்டை V இன் அடுக்குகளில் மறுசீரமைக்கும்போது
\[ V^3 - \left[\frac{RT}{P} + b\right] V^2 + \left[\frac{a}{P}\right] V - \left[\frac{ab}{P}\right] = 0 \tag{6.26} \]சமன்பாடு (6.26) என்பது V இல் ஒரு கனச் சமன்பாடு ஆகும். இந்தச் சமன்பாட்டைத் தீர்ப்பதன் மூலம், நாம் மூன்று தீர்வுகளைப் பெறுவோம். உய்ய புள்ளியில் இந்த மூன்று தீர்வுகளும் V இன் உய்ய கனஅளவு \( V_c \) க்கு சமம். அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை முறையே \( P_c \) மற்றும் \( T_c \) ஆகின்றன
அதாவது, \( V = V_c \)
\[ V - V_c = 0 \]\[ (V - V_c)^3 = 0 \]\[ V^3 - 3V_c V^2 + 3V_c^2 V - V_c^3 = 0 \tag{6.27} \]சமன்பாடு (6.26) சமன்பாடு (6.27) உடன் ஒத்திருப்பதால், (6.26) மற்றும் (6.27) இல் உள்ள \( V^2 \), V மற்றும் மாறிலி உறுப்புகளின் கெழுக்களைச் சமன் செய்யலாம்.
\[ -3V_c V^2 = -\left[\frac{RT_c}{P_c} + b\right] V^2 \]\[ 3V_c = \frac{RT_c}{P_c} + b \tag{6.28} \]\[ 3V_c^2 = \frac{a}{P_c} \tag{6.29} \]\[ V_c^3 = \frac{ab}{P_c} \tag{6.30} \]சமன்பாடு (6.30) ஐ சமன்பாடு (6.29) ஆல் வகுக்கவும்
\[ \frac{V_c^3}{V_c^2} = \frac{ab/P_c}{a/P_c} \]\[ V_c = b \]\[ \text{அதாவது} \quad V_c = 3b \tag{6.31} \]சமன்பாடு (6.31) ஐ (6.29) இல் பிரதியிடும்போது
\[ 3V_c^2 = \frac{a}{P_c} \]\[ P_c = \frac{a}{3V_c^2} = \frac{a}{3(3b)^2} = \frac{a}{3 \times 9b^2} = \frac{a}{27b^2} \]\[ P_c = \frac{a}{27b^2} \tag{6.32} \]\( V_c \) மற்றும் \( P_c \) இன் மதிப்புகளை சமன்பாடு (6.28) இல் பிரதியிடுதல்,
\[ 3V_c = b + \frac{RT_c}{P_c} \]\[ 3(3b) = b + \frac{RT_c}{\left(\frac{a}{27b^2}\right)} \]\[ 9b - b = \frac{RT_c}{a} \times 27b^2 \]\[ 8b = \frac{T_c R \times 27b^2}{a} \]\[ \therefore T_c = \frac{8a}{27Rb} \tag{6.33} \]ஒரு வாயுவின் வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலியின் மதிப்புகளைப் பயன்படுத்தி உய்ய மாறிலிகளைக் கணக்கிடலாம் மற்றும் நேர்மாறாகவும்.
\[ a = 3V_c^2 P_c \quad \text{மற்றும்} \quad b = \frac{V_c}{3} \]6.7 வாயுக்களின் திரவமாக்கல்
எல்.பி.ஜி மற்றும் ராக்கெட் எரிபொருள்கள் போன்ற முக்கியமான வணிக நடவடிக்கைகளுக்கு, நமக்கு வாயுக்கள் அவற்றின் திரவ நிலையில் தேவைப்படுகின்றன. திரவமாக்கல் முறைகள் ஜூல்-தாம்சன் விளைவை அடிப்படையாகக் கொண்டவை. அமுக்கப்பட்ட வாயு ஒரு துளை செருகி வழியாக குறைந்த அழுத்தப் பகுதிக்கு கட்டாயப்படுத்தப்படும்போது குறிப்பிடத்தக்க குளிர்ச்சியை அவர் கவனித்தார். அதிக அழுத்தப் பகுதியில் இருந்து குறைந்த அழுத்தப் பகுதிக்கு ஒரு வாயு வெப்பஞ்செலாவண முறையில் விரிவடையச் செய்யப்படும்போது வெப்பநிலை குறைவதற்கான இந்த நிகழ்வு ஜூல்-தாம்சன் விளைவு என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த விளைவு ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலைக்குக் கீழே மட்டுமே கவனிக்கப்படுகிறது, இது ஒவ்வொரு வாயுவிற்கும் ஒரு சிறப்பியல்பு ஆகும். இந்த வெப்பநிலைக்குக் கீழே ஒரு வாயு ஜூல்-தாம்சன் விளைவைப் பின்பற்றுகிறது, இது நேர்மாறு வெப்பநிலை \( (T_i) \) எனப்படும். இந்த மதிப்பு வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலிகள் \( a \) மற்றும் \( b \) ஐப் பயன்படுத்தி கொடுக்கப்படுகிறது.
\[ T_i = \frac{2a}{Rb} \tag{6.34} \]\( \mathrm{O_2} \), He, \( \mathrm{N_2} \) மற்றும் \( \mathrm{H_2} \) போன்ற வாயுக்கள் மிகக் குறைந்த \( T_c \) ஐக் கொண்டுள்ளன, எனவே குளிர்விப்பிற்கு ஜூல்-தாம்சன் விளைவை திறம்படப் பயன்படுத்தலாம். நேர்மாறு வெப்பநிலையில், விரிவடையும் போது ஒரு வாயுவின் வெப்பநிலையில் உயர்வோ அல்லது குறைவோ ஏற்படாது. ஆனால் நேர்மாறு வெப்பநிலைக்கு மேல், ஒரு துளை வழியாக விரிவடைய அனுமதிக்கப்படும்போது வாயு சூடாகிறது.
வாயுக்களை திரவமாக்க பயன்படுத்தப்படும் வெவ்வேறு முறைகள்:
- லிண்டே முறையில், திரவ காற்று அல்லது வேறு எந்த வாயுவையும் பெற ஜூல்-தாம்சன் விளைவு பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- கிளாட் செயல்முறையில், வாயு ஜூல்-தாம்சன் விளைவுடன் கூடுதலாக இயந்திர வேலையைச் செய்ய அனுமதிக்கப்படுகிறது, இதனால் அதிக குளிர்ச்சி உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது.
- வெப்பஞ்செலாவண செயல்முறையில், கடோலினியம் சல்பேட் போன்ற காந்தப் பொருளின் காந்தப் பண்புகளை நீக்குவதன் மூலம் குளிர்ச்சி உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. இந்த முறையால், \( 10^{-4} \ \mathrm{K} \) அதாவது \( 0 \ \mathrm{K} \) வரை குறைந்த வெப்பநிலையை அடைய முடியும்.
சுருக்கம்
ஒரு வாயுவின் நிலை சுயாதீன மாறிகள் அழுத்தம் (P), கனஅளவு (V), வெப்பநிலை (T) மற்றும் மோல்களின் எண்ணிக்கை (n) ஆகிய நான்கிற்கும் இடையிலான தொடர்பினால் வரையறுக்கப்படுகிறது. இந்த அளவுருக்களுக்கு இடையிலான தொடர்பு கீழே சுருக்கப்பட்டுள்ள வெவ்வேறு வாயு விதிகளால் நிர்வகிக்கப்படுகிறது.
| விதி | வெளிப்பாடு | நிபந்தனைகள் | இரண்டு வெவ்வேறு நிலைகளுக்கான வெளிப்பாடு |
|---|---|---|---|
| பாயிலின் விதி | \( PV = \text{மாறிலி} \) | \( n \) மற்றும் \( T \) மாறிலி | \( P_1V_1 = P_2V_2 \) |
| சார்லஸின் விதி | \( V/T = \text{மாறிலி} \) | \( P \) மற்றும் \( n \) மாறிலி | \( V_1/T_1 = V_2/T_2 \) |
| கே லுசாக் விதி | \( P/T = \text{மாறிலி} \) | \( V \) மற்றும் \( n \) மாறிலி | \( P_1/T_1 = P_2/T_2 \) |
| இணைந்த வாயு விதி | \( PV/T = \text{மாறிலி} \) | \( n \) மாறிலி | \( P_1V_1/T_1 = P_2V_2/T_2 \) |
| அவகாதரோ கருதுகோள் | \( V/n = \text{மாறிலி} \) | \( T \) மற்றும் \( P \) மாறிலி | \( V_1/n_1 = V_2/n_2 \) |
| டால்டனின் பகுதி அழுத்த விதி | \( P_{\text{Total}} = P_1 + P_2 + P_3 + \dots \) | \( T \) மற்றும் \( V \) மாறிலி | |
| கிரஹாமின் விரவல் விதி | \( r \propto 1/\sqrt{M} \) | \( T \) மற்றும் \( P \) மாறிலி | \( r_1/r_2 = \sqrt{M_1/M_2} \) |
எல்லா நிலைகளிலும் \( \mathrm{PV = nRT} \) என்ற சமன்பாட்டைப் பின்பற்றும் வாயுக்கள் சிறந்த வாயுக்கள் எனப்படும். ஆனால் நடைமுறையில் சிறந்த வாயு எதுவும் இல்லை. வாயுக்கள் அதிக வெப்பநிலைகளிலும் குறைந்த அழுத்தங்களிலும் சிறந்த முறையில் நடந்துகொள்ள முனைகின்றன. மெய்யான வாயுக்களுக்கு, வான் டெர் வால்ஸ் சிறந்த வாயு சமன்பாட்டைப் பின்வருமாறு மாற்றியமைத்தார்
\[ \left(P + \frac{an^2}{V^2}\right)(V - nb) = nRT \]ஒரு வாயுவின் உய்ய வெப்பநிலை \( (T_c) \) என்பது எந்த அழுத்தத்திலும் அதைத் திரவமாக்க முடியாத வெப்பநிலை என வரையறுக்கப்படுகிறது. ஒரு வாயுவின் உய்ய அழுத்தம் \( (P_c) \) என்பது அதன் உய்ய வெப்பநிலையில் 1 மோல் வாயுவை திரவமாக்க தேவையான குறைந்தபட்ச அழுத்தம் என வரையறுக்கப்படுகிறது. உய்ய கனஅளவு \( (V_c) \) என்பது ஒரு வாயுவின் உய்ய வெப்பநிலை மற்றும் உய்ய அழுத்தத்தில் 1 மோல் வாயு ஆக்கிரமித்துள்ள கனஅளவு என வரையறுக்கப்படுகிறது.
உய்ய மாறிலிகள் வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலிகளுடன் பின்வருமாறு தொடர்புடையவை
\[ T_c = \frac{8a}{27Rb}, \quad P_c = \frac{a}{27b^2} \quad \text{மற்றும்} \quad V_c = 3b \]ஒரு வாயு அதிக அழுத்தப் பகுதியில் இருந்து குறைந்த அழுத்தப் பகுதிக்கு வெப்பஞ்செலாவண முறையில் விரிவடையச் செய்யப்படும்போது, வாயுவின் வெப்பநிலை வேகமாகக் குறைக்கப்படுகிறது, இது ஜூல்-தாம்சன் விளைவு என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த விளைவு வாயுக்களை திரவமாக்குவதில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
கேள்விகள்
I. சிறந்த விடையைத் தேர்ந்தெடுக்கவும்
அதிக அழுத்தத்தில் வாயுக்கள் சிறந்த நடத்தையிலிருந்து விலகுகின்றன. சிறந்ததல்லாத தன்மைக்கு பின்வரும் கூற்று(களில்) எது சரியானது? a) அதிக அழுத்தத்தில் வாயு மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான மோதல் மிகப்பெரியதாகிறது b) அதிக அழுத்தத்தில் வாயு மூலக்கூறுகள் ஒரு திசையில் மட்டுமே நகரும் c) அதிக அழுத்தத்தில், வாயுவின் கனஅளவு முக்கியத்துவம் இல்லாததாகிறது d) அதிக அழுத்தத்தில் மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான இடைவினைகள் குறிப்பிடத்தக்கதாகின்றன
ஒரு வாயுவின் விரவல் வீதம் a) அதன் அடர்த்திக்கு நேர்த்தகவில் இருக்கும் b) அதன் மூலக்கூறு எடைக்கு நேர்த்தகவில் இருக்கும் c) அதன் மூலக்கூறு எடையின் வர்க்க மூலத்திற்கு நேர்த்தகவில் இருக்கும் d) அதன் மூலக்கூறு எடையின் வர்க்க மூலத்திற்கு எதிர்த்தகவில் இருக்கும்
வான் டெர் வால்ஸ் வாயுவின் நிலைச் சமன்பாட்டிற்கான சரியான வெளிப்பாடு எது? a) \( \left(P + \frac{a}{n^2V^2}\right)(V - nb) = nRT \) b) \( \left(P + \frac{na}{n^2V^2}\right)(V - nb) = nRT \) c) \( \left(P + \frac{an^2}{V^2}\right)(V - nb) = nRT \) d) \( \left(P + \frac{n^2a^2}{V^2}\right)(V - nb) = nRT \)
ஒரு சிறந்த வாயு கட்டுப்பாடற்ற விரிவுக்கு உட்படும்போது, குளிர்ச்சி ஏற்படுவதில்லை, ஏனெனில் மூலக்கூறுகள் a) நேர்மாறு வெப்பநிலைக்கு மேல் உள்ளன b) ஒன்றின் மீது ஒன்று ஈர்ப்பு விசைகளை செலுத்துவதில்லை c) இயக்க ஆற்றலின் இழப்பிற்கு சமமான வேலையை செய்கின்றன d) ஆற்றல் இழப்பு இல்லாமல் மோதுகின்றன
சம எடைகள் மீத்தேன் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் 298 K இல் ஒரு வெற்று கொள்கலனில் கலக்கப்படுகின்றன. ஆக்ஸிஜனால் செலுத்தப்படும் மொத்த அழுத்தத்தின் பின்னம் a) \( \frac{1}{3} \) b) \( \frac{1}{2} \) c) \( \frac{2}{3} \) d) \( \frac{1}{3} \times \frac{273}{298} \)
மெய்யான வாயுக்கள் ஒரு பரந்த அழுத்த வரம்பில் சிறந்த வாயு விதிகளைப் பின்பற்றும் வெப்பநிலை என்ன? a) உய்ய வெப்பநிலை b) பாயில் வெப்பநிலை c) நேர்மாறு வெப்பநிலை d) குறைக்கப்பட்ட வெப்பநிலை
\( 1000 \ \mathrm{m^3} \) கொண்ட ஒரு மூடிய அறையில் ஒரு வாசனை பாட்டில் திறக்கப்படுகிறது. அறையில் வாசனை பரவுகிறது. இது வாயுக்களின் எந்தப் பண்பின் காரணமாகும்? a) பாகுத்தன்மை b) அடர்த்தி c) விரவல் d) எதுவுமில்லை
அம்மோனியா பாட்டில் மற்றும் HCl பாட்டில் ஒரு நீண்ட குழாய் வழியாக இணைக்கப்பட்டு, இரண்டு முனைகளிலும் ஒரே நேரத்தில் திறக்கப்படுகின்றன. வெள்ளை அம்மோனியம் குளோரைடு வளையம் முதலில் உருவாகும் இடம் a) குழாயின் மையத்தில் b) ஹைட்ரஜன் குளோரைடு பாட்டிலுக்கு அருகில் c) அம்மோனியா பாட்டிலுக்கு அருகில் d) குழாயின் முழு நீளத்திலும்
அனைத்துலக வாயு மாறிலியின் மதிப்பு எதைப் பொறுத்தது? a) வாயுவின் வெப்பநிலை b) வாயுவின் கனஅளவு c) வாயுவின் மோல்களின் எண்ணிக்கை d) அழுத்தம் மற்றும் கனஅளவின் அலகுகள்
வாயு மாறிலி R இன் மதிப்பு a) \( 0.082 \ \mathrm{dm^3 \ atm} \) b) \( 0.987 \ \mathrm{cal \ mol^{-1} \ K^{-1}} \) c) \( 8.3 \ \mathrm{J \ mol^{-1} \ K^{-1}} \) d) \( 8 \ \mathrm{erg \ mol^{-1} \ K^{-1}} \)
விளையாட்டு மற்றும் வானிலை ஆய்வில் சூடான காற்று பலூனின் பயன்பாடு எதன் பயன்பாடாகும்? a) பாயிலின் விதி b) நியூட்டனின் விதி c) கெல்வினின் விதி d) பிரௌனின் விதி
அட்டவணை வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலி ‘a’ இன் மதிப்பை \( (\mathrm{dm^3})^2 \ \mathrm{atm \ mol^{-2}} \) இல் குறிக்கிறது
| வாயு | \( \mathrm{O_2} \) | \( \mathrm{N_2} \) | \( \mathrm{NH_3} \) | \( \mathrm{CH_4} \) |
|---|---|---|---|---|
| a | 1.360 | 1.390 | 4.170 | 2.253 |
எளிதில் திரவமாக்கக்கூடிய வாயு எது? a) \( \mathrm{O_2} \) b) \( \mathrm{N_2} \) c) \( \mathrm{NH_3} \) d) \( \mathrm{CH_4} \)
பின்வரும் கூற்றுகளைக் கவனியுங்கள் i) வளிமண்டல அழுத்தம் கடல் மட்டத்தை விட மலையின் உச்சியில் குறைவாகும் ii) வாயுக்கள் திடப்பொருள்கள் அல்லது திரவங்களை விட அதிகமாக அமுக்கத்தக்கவை iii) வளிமண்டல அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது பாதரச நிரலின் உயரம் உயர்கிறது சரியான கூற்றைத் தேர்ந்தெடுக்கவும் a) I மற்றும் II b) II மற்றும் III c) I மற்றும் III d) I, II மற்றும் III
\( 400 \ \mathrm{K} \) மற்றும் \( 71.0 \ \mathrm{bar} \) இல் \( \mathrm{CO_2} \) க்கான அமுக்கத்திறன் காரணி \( 0.8697 \) ஆகும். இந்த நிலைகளில் \( \mathrm{CO_2} \) இன் மோலார் கனஅளவு a) \( 22.04 \ \mathrm{dm^3} \) b) \( 2.24 \ \mathrm{dm^3} \) c) \( 0.41 \ \mathrm{dm^3} \) d) \( 19.5 \ \mathrm{dm^3} \)
ஒரு சிறந்த வாயுவின் வெப்பநிலை மற்றும் கனஅளவு அதன் மதிப்புகளில் இரண்டு மடங்காக அதிகரிக்கப்பட்டால், ஆரம்ப அழுத்தம் P ஆகிறது a) 4P b) 2P c) P d) 3P
ஒரே வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில், ஹைட்ரஜன் வாயுவின் விரவல் வீதம் \( \mathrm{C_nH_{2n-2}} \) என்ற மூலக்கூறு வாய்ப்பாட்டைக் கொண்ட ஹைட்ரோகார்பனின் விரவல் வீதத்தில் \( 3\sqrt{3} \) மடங்கு ஆகும். n இன் மதிப்பு என்ன? a) 8 b) 4 c) 3 d) 1
சம மோல்கள் ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் வாயுக்கள் ஒரு கொள்கலனில் வைக்கப்பட்டுள்ளன, அதில் ஒரு சிறிய துளை உள்ளது, இதன் வழியாக இரண்டும் வெளியேற முடியும். ஹைட்ரஜனில் பாதி வெளியேற தேவையான நேரத்தில் எவ்வளவு பின்னம் ஆக்ஸிஜன் வெளியேறும்? (NEET phase I) a) \( \frac{3}{8} \) b) \( \frac{1}{2} \) c) \( \frac{1}{8} \) d) \( \frac{1}{4} \)
அழுத்தத்தை மாறிலியாக வைத்துக் கொண்டு, V கனஅளவின் மாறுபாடு T வெப்பநிலையுடன் வெப்ப விரிவுக் கெழு எனப்படும், அதாவது \( \alpha = \frac{1}{V}\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_p \). ஒரு சிறந்த வாயுவிற்கு \( \alpha \) சமம் a) T b) \( \frac{1}{T} \) c) P d) இவை எதுவுமில்லை
நான்கு வாயுக்கள் P, Q, R மற்றும் S கிட்டத்தட்ட ஒரே மாதிரியான ‘b’ மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் அவற்றின் ‘a’ மதிப்புகள் (a, b ஆகியவை வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலிகள்) \( Q < R < S < P \) வரிசையில் உள்ளன. ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில், நான்கு வாயுக்களிலும் மிக எளிதில் திரவமாக்கக்கூடியது எது? a) P b) Q c) R d) S
சிறந்த வாயுவிலிருந்து அதிகபட்ச விலகல் எதிலிருந்து எதிர்பார்க்கப்படுகிறது? (NEET) a) \( \mathrm{CH_4(g)} \) b) \( \mathrm{NH_3(g)} \) c) \( \mathrm{H_2(g)} \) d) \( \mathrm{N_2(g)} \)
வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலிகள் ‘b’ மற்றும் ‘a’ இன் அலகுகள் முறையே a) \( \mathrm{mol \ L^{-1}} \) மற்றும் \( \mathrm{L \ atm^2 \ mol^{-1}} \) b) \( \mathrm{mol \ L} \) மற்றும் \( \mathrm{L \ atm \ mol^2} \) c) \( \mathrm{mol^{-1} \ L} \) மற்றும் \( \mathrm{L^2 \ atm \ mol^{-2}} \) d) இவை எதுவுமில்லை
கூற்று: \( \mathrm{CO_2} \) இன் உய்ய வெப்பநிலை 304 K, அதை 304 K க்கு மேல் திரவமாக்க முடியும். காரணம்: ஒரு குறிப்பிட்ட நிறை வாயுவிற்கு, நிலையான வெப்பநிலையில் கனஅளவு அழுத்தத்திற்கு நேர்த்தகவில் இருக்கும் a) கூற்று மற்றும் காரணம் இரண்டும் உண்மை மற்றும் காரணம் கூற்றின் சரியான விளக்கம் b) கூற்று மற்றும் காரணம் இரண்டும் உண்மை ஆனால் காரணம் கூற்றின் சரியான விளக்கம் அல்ல c) கூற்று உண்மை ஆனால் காரணம் தவறு d) கூற்று தவறு ஆனால் காரணம் உண்மை
\( 227^{\circ}\mathrm{C} \) மற்றும் \( 5.00 \ \mathrm{atm} \) அழுத்தத்தில் \( \mathrm{N_2} \) வாயுவின் அடர்த்தி என்ன? \( \mathrm{R} = 0.082 \ \mathrm{L \ atm \ K^{-1} \ mol^{-1}} \) a) \( 1.40 \ \mathrm{g/L} \) b) \( 2.81 \ \mathrm{g/L} \) c) \( 3.41 \ \mathrm{g/L} \) d) \( 0.29 \ \mathrm{g/L} \)
பின்வரும் எந்த வரைபடங்கள் ஒரு நிலையான நிறை சிறந்த வாயுவின் நடத்தையை சரியாக விவரிக்கிறது? (T என்பது K இல் அளவிடப்படுகிறது)
பின்வரும் ஒவ்வொரு வாயுக்களிலும் \( 25 \ \mathrm{g} \) \( 27^{\circ}\mathrm{C} \) மற்றும் \( 600 \ \mathrm{mmHg} \) அழுத்தத்தில் எடுக்கப்படுகிறது. இவற்றில் எது மிகக் குறைந்த கனஅளவைக் கொண்டிருக்கும்? a) HBr b) HCl c) HF d) HI
II. பின்வரும் கேள்விகளுக்கு விடையளிக்கவும்
பாயிலின் விதியைக் கூறுக.
கே லுசாக் விதிக்கு மாதிரியாக செயல்படக்கூடிய இரண்டு பொருட்களைக் கூறி விளக்கவும்.
வாயு கனஅளவு மற்றும் மோல்களுடன் தொடர்புடைய கணித வெளிப்பாட்டைக் கொடுக்கவும்.
சிறந்த வாயுக்கள் என்றால் என்ன? எந்த வகையில் மெய்யான வாயுக்கள் சிறந்த வாயுக்களிலிருந்து வேறுபடுகின்றன?
\( a = 0 \) உடைய வான் டெர் வால்ஸ் வாயுவைத் திரவமாக்க முடியுமா? விளக்கவும்.
ஒரு வாயுக் கொள்கலனின் சுவரில் ஒரு சிறிய ஒட்டும் பகுதி இருப்பதாக வைத்துக் கொள்வோம். இந்தப் பகுதியை மோதும் மூலக்கூறுகள் அங்கு நிரந்தரமாக ஒட்டிக் கொள்கின்றன. சுவரின் சாதாரண பகுதிகளை விட அழுத்தம் அதிகமாக இருக்குமா அல்லது குறைவாக இருக்குமா?
பின்வரும் அவதானிப்புகளை விளக்குங்கள் a) கோடைக்காலத்தில் கார்பனேற்றப்பட்ட நீர் பாட்டில்கள் தண்ணீருக்கு அடியில் வைக்கப்படுகின்றன b) திரவ அம்மோனியா பாட்டில் முத்திரையைத் திறப்பதற்கு முன் குளிர்விக்கப்படுகிறது c) ஒரு வாகனத்தின் டயர் குளிர்காலத்தை விட கோடையில் சிறிது குறைந்த அழுத்தத்தில் உப்பீற்றி செய்யப்படுகிறது d) ஒரு வானிலை பலூனின் அளவு அது அதிக உயரத்திற்கு ஏறும்போது பெரிதாகிக்கொண்டே செல்கிறது
வாயுக்களைப் பற்றிய பின்வரும் உண்மைகளுக்கு பொருத்தமான விளக்கத்தைக் கொடுங்கள். a) வாயுக்கள் ஒரு கொள்கலனின் அடிப்பகுதியில் குடியேறுவதில்லை b) வாயுக்கள் தங்களுக்குக் கிடைக்கக்கூடிய அனைத்து இடத்திலும் விரவுகின்றன
நம் வளிமண்டலத்தில் ஹைட்ரஜன் \( \mathrm{(H_2)} \) ஏன் இல்லை என்று பரிந்துரைக்கவும். சந்திரனுக்கு வளிமண்டலம் இல்லையேன்?
ஒரு வாயு சிறந்த நடத்தையை அணுகுமா அல்லது சிறந்த நடத்தையிலிருந்து விலகுமா என்பதை விளக்குங்கள் a) அது நிலையான வெப்பநிலையில் ஒரு சிறிய கனஅளவிற்கு அமுக்கப்பட்டால். b) கனஅளவை மாறிலியாக வைத்துக் கொண்டு வெப்பநிலை உயர்த்தப்பட்டால் c) அதே கனஅளவு மற்றும் அதே வெப்பநிலையில் அதிக வாயு அறிமுகப்படுத்தப்பட்டால்
குறைந்த வெப்பநிலை நிலைமைகளின் கீழ் பின்வரும் எந்த வாயுக்கள் சிறந்த நடத்தையிலிருந்து விலகும் என்று எதிர்பார்க்கிறீர்கள் \( \mathrm{F_2} \), \( \mathrm{Cl_2} \) அல்லது \( \mathrm{Br_2} \)? விளக்குங்கள்.
விரவல் மற்றும் ஊடுருவல் ஆகியவற்றை வேறுபடுத்துங்கள்.
ஏரோசோல் கேன்கள் கேனை சூடாக்குவது குறித்த தெளிவான எச்சரிக்கையைக் கொண்டுள்ளன. ஏன்?
எவரெஸ்ட் மலையின் உச்சியில் வைக்கோல் மூலம் தண்ணீர் குடிப்பது எளிதாக இருக்குமா?
ஒரு மெய்யான வாயுவிற்கான வான் டெர் வால்ஸ் சமன்பாட்டை எழுதுங்கள். அழுத்தம் மற்றும் கனஅளவுக்கான திருத்த உறுப்பை விளக்குங்கள்.
வான் டெர் வால்ஸ் மாறிலிகளின் அடிப்படையில் உய்ய மாறிலிகளின் மதிப்புகளைப் பெறுங்கள்.
விண்வெளி வீரர்கள் சந்திரனின் மேற்பரப்பில் இருக்கும்போது ஏன் பாதுகாப்பு உடைகளை அணிய வேண்டும்?
அம்மோனியா HCl உடன் சேரும்போது, \( \mathrm{NH_4Cl} \) வெள்ளை அடர்த்தியான புகையாக உருவாகிறது. HCl அருகில் ஏன் அதிக புகை தோன்றுகிறது?
\( 15^{\circ}\mathrm{C} \) மற்றும் 1 atm இல் ஒரு வாயு மாதிரி \( 2.58 \ \mathrm{dm^3} \) கனஅளவைக் கொண்டுள்ளது. வெப்பநிலை 1 atm இல் \( 38^{\circ}\mathrm{C} \) ஆக உயர்த்தப்படும்போது வாயுவின் கனஅளவு அதிகரிக்குமா? அவ்வாறெனில், இறுதி கனஅளவைக் கணக்கிடுங்கள்.
ஒரு வாயு மாதிரி அறியப்படாத வெப்பநிலையில் \( 8.5 \ \mathrm{dm^3} \) கனஅளவைக் கொண்டுள்ளது. மாதிரி \( 0^{\circ}\mathrm{C} \) இல் பனிக்கட்டி நீரில் மூழ்கடிக்கப்படும்போது, அதன் கனஅளவு \( 6.37 \ \mathrm{dm^3} \) ஆகக் குறைகிறது. அதன் ஆரம்ப வெப்பநிலை என்ன?
நைட்ரஜன் வாயுவின் இரண்டு மாதிரிகளில், மாதிரி A ஒரு கொள்கலனில் \( 298 \ \mathrm{K} \) இல் \( 1.5 \) மோல்கள் நைட்ரஜனைக் கொண்டுள்ளது, கொள்கலனின் கனஅளவு \( 37.6 \ \mathrm{dm^3} \), மற்றும் மாதிரி B \( 16.5 \ \mathrm{dm^3} \) கொள்கலனில் \( 298 \ \mathrm{K} \) இல் உள்ளது. மாதிரி B இல் உள்ள மோல்களின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுங்கள்.
சல்பர் ஹெக்சாபுளோரைடு ஒரு நிறமற்ற, மணமற்ற வாயு; சிறந்த வாயு நடத்தையைக் கருதி, \( 69.5^{\circ}\mathrm{C} \) இல் \( 5.43 \ \mathrm{dm^3} \) கனஅளவு கொண்ட ஒரு எஃகு பாத்திரத்தில் 1.82 மோல்கள் வாயுவால் செலுத்தப்படும் அழுத்தத்தைக் கணக்கிடுங்கள்.
ஆர்கான் ஒரு மந்த வாயு ஆகும், இது டங்ஸ்டன் இழையின் ஆவியாதலைத் தடுக்க ஒளி விளக்குகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. 1.2 atm மற்றும் \( 18^{\circ}\mathrm{C} \) இல் ஆர்கானைக் கொண்ட ஒரு குறிப்பிட்ட ஒளி விளக்கு, நிலையான கனஅளவில் \( 85^{\circ}\mathrm{C} \) க்கு சூடாக்கப்படுகிறது. அதன் இறுதி அழுத்தத்தை atm இல் கணக்கிடுங்கள்.
ஒரு சிறிய குமிழி ஏரியின் அடிப்பகுதியில் இருந்து உயர்கிறது, அங்கு வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தம் \( 6^{\circ}\mathrm{C} \) மற்றும் 4 atm ஆகும், நீரின் மேற்பரப்பிற்கு, அங்கு வெப்பநிலை \( 25^{\circ}\mathrm{C} \) மற்றும் அழுத்தம் 1 atm ஆகும். குமிழியின் இறுதி கனஅளவை (mL இல்) கணக்கிடுங்கள், அதன் ஆரம்ப கனஅளவு \( 1.5 \ \mathrm{mL} \) ஆகும்.
ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலம் ஒரு உலோகத்துடன் சிகிச்சையளிக்கப்பட்டு ஹைட்ரஜன் வாயுவை உற்பத்தி செய்கிறது. ஒரு மாணவர் இந்த வினையை மேற்கொண்டு, \( 742 \ \mathrm{mm} \) Hg அழுத்தத்தில் \( 154.4 \times 10^{-3} \ \mathrm{dm^3} \) கனஅளவு வாயுவை \( 298 \ \mathrm{K} \) வெப்பநிலையில் சேகரிக்கிறார் என்று வைத்துக் கொள்வோம். மாணவர் எவ்வளவு நிறை ஹைட்ரஜன் வாயுவை (mg இல்) சேகரித்தார்?
ஒரு அறியப்படாத வாயு ஒரு துளையிடப்பட்ட சுவர் வழியாக விரவ 192 விநாடிகள் ஆகும், மேலும் அதே வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் \( \mathrm{N_2} \) வாயு ஊடுருவ 84 விநாடிகள் ஆகும். அறியப்படாத வாயுவின் மோலார் நிறை என்ன?
ஒரு தொட்டியில் \( 300 \ \mathrm{K} \) இல் \( 52.5 \ \mathrm{g} \) ஆக்ஸிஜன் மற்றும் \( 65.1 \ \mathrm{g} \) \( \mathrm{CO_2} \) கலவை உள்ளது. தொட்டியில் உள்ள மொத்த அழுத்தம் 9.21 atm ஆகும். கலவையில் உள்ள ஒவ்வொரு வாயுவின் பகுதி அழுத்தத்தையும் (atm இல்) கணக்கிடுங்கள்.
ஒரு எரியக்கூடிய வாயு \( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல் 2.98 atm அழுத்தத்தில் ஒரு உலோகத் தொட்டியில் சேமிக்கப்படுகிறது. தொட்டி 12 atm அதிகபட்ச அழுத்தத்தைத் தாங்கும், அதன் பிறகு அது வெடிக்கும். தொட்டி சேமிக்கப்பட்ட கட்டிடத்தில் தீ பிடிக்கிறது. இப்போது தொட்டி முதலில் வெடிக்குமா அல்லது உருகத் தொடங்குமா என்பதைக் கணிக்கவும்? (உலோகத்தின் உருகுநிலை \( = 1100 \ \mathrm{K} \)).
வாயு விதிகளின் சுருக்கம்
- பாயிலின் விதி - \( P \propto \frac{1}{V} \) (\( T, n \) மாறிலி)
- சார்லஸ் விதி - \( V \propto T \) (\( P, n \) மாறிலி)
- கே லுசாக் - \( P \propto T \) (\( V, n \) மாறிலி)
- அவகாதரோ கருதுகோள் - \( V \propto n \) (\( T, P \) மாறிலி)
- சிறந்த வாயு சமன்பாடு - \( PV = nRT \)
ஐ.சி.டி மூலை
வாயுக்களின் பண்புகள்
இந்தக் கருவியைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் நீங்கள் வாயுக்களின் T, P மற்றும் V இடையேயான தொடர்பைப் புரிந்து கொள்ளவும் வாயு விதிகளைச் சரிபார்க்கவும் முடியும்.
தயவுசெய்து https://phet.colorado.edu/en/simulation/gas-properties என்ற URL க்குச் செல்லவும் (அல்லது) QR குறியீட்டை ஸ்கேன் செய்யவும்.
படி-1: உலாவியைத் திறந்து கொடுக்கப்பட்ட URL ஐ தட்டச்சு செய்யவும் (அல்லது) QR குறியீட்டை ஸ்கேன் செய்யவும். இணையதளத்தில் gas properties applet ஐ கிளிக் செய்யவும், பின்னர் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி ‘gas properties’ எனும் ஜாவா பயன்பாடு திறக்கும்.
அமைப்பதற்கான வழிமுறைகள்:
- அறையில் நீங்கள் பம்ப் கைப்பிடியைப் பயன்படுத்தி சில வாயு மூலக்கூறுகளை செலுத்தலாம்.
- அறையில் உள்ள வாயு மூலக்கூறுகளின் வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தை தொடர்புடைய அளவிகளைப் பயன்படுத்தி கண்காணிக்கலாம்.
- அறையின் கனஅளவை இடது பக்க சுவரை நகர்த்துவதன் மூலம் மாற்றலாம்.
- அறையின் வெப்பநிலையை ஸ்லைடரைப் பயன்படுத்தி சூடாக்குவதன் மூலமோ அல்லது குளிர்விப்பதன் மூலமோ மாற்றலாம்.
- பெட்டியில் பொருத்தமான தேர்வுகளைச் செய்வதன் மூலம் மூன்று பண்புகளில் ஏதேனும் ஒன்றை மாறிலியாக வைத்துக் கொள்ளலாம்.
வாயு விதிகளைச் சரிபார்த்தல்:
மேலே உள்ள வழிமுறைகளைப் பயன்படுத்தி நீங்கள் வாயு விதிகளைப் புரிந்து கொள்ளலாம். பாயிலின் விதியைப் புரிந்து கொள்ள, வெப்பநிலையை மாறிலியாக வைத்து, சில மூலக்கூறுகளை செலுத்தி அதை மாறிலியாக வைத்துக் கொள்ளுங்கள். இப்போது இடது பக்க சுவரைத் தள்ளி கனஅளவைக் குறைக்கவும், பின்னர் வாயுவின் அழுத்தம் அதிகரிப்பதை நீங்கள் காணலாம். இதேபோல் மற்ற இரண்டு வாயு விதிகளையும் சரிபார்க்கலாம்.