ലായനികളുടെ നീരാവി മർദ്ദം കുറയ്ക്കുന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള ഉദാഹരണ ചോദ്യങ്ങളും ചർച്ചയും
ഒരു ലായനിയുടെ നീരാവി മർദ്ദത്തിലെ കുറവ് (വേപ്പർ പ്രഷർ ഡിപ്രഷൻ) ലായനികളുടെ ഒരു കൊളിഗേറ്റീവ് സ്വഭാവമാണ്, അത് ലയിച്ചിരിക്കുന്ന കണങ്ങളുടെ എണ്ണത്തെ മാത്രം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, ആ കണങ്ങളുടെ രാസ സ്വഭാവത്തെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല. മനസ്സിലാക്കാൻ സഹായിക്കുന്നതിന്, നിരവധി ഉദാഹരണങ്ങളിലൂടെയും വിശദമായ ചർച്ചകളിലൂടെയും ഈ ആശയം നമുക്ക് ചർച്ച ചെയ്യാം.
നീരാവി മർദ്ദക്കുറവിന്റെ അടിസ്ഥാന ആശയം
ഒരു ബാഷ്പശീലമുള്ള വസ്തു ഒരു ലായകത്തിൽ ലയിപ്പിച്ച് ഒരു ലായനി രൂപപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ലായനിയുടെ നീരാവി മർദ്ദം സാധാരണയായി അതേ താപനിലയിൽ ശുദ്ധമായ ലായകത്തിന്റെ നീരാവി മർദ്ദത്തേക്കാൾ കുറവായിരിക്കും. ഈ പ്രതിഭാസത്തെ നീരാവി മർദ്ദം കുറയ്ക്കൽ എന്നറിയപ്പെടുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയുടെ പ്രാഥമിക കാരണം ലായക കണങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യമാണ്, ഇത് ലായക തന്മാത്രകൾ വാതക ഘട്ടത്തിലേക്ക് നീങ്ങാനുള്ള സാധ്യത കുറയ്ക്കുന്നു, അങ്ങനെ നീരാവി മർദ്ദം കുറയുന്നു.
നീരാവി മർദ്ദത്തിലെ ഈ കുറവ് ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം:
\[ \ഡെൽറ്റ P = P^\ടെക്സ്റ്റ്{0} – P \]
എവിടെ:
– \( \ഡെൽറ്റ P \) എന്നത് നീരാവി മർദ്ദത്തിലെ കുറവാണ്.
– \( P^\text{0} \) എന്നത് ശുദ്ധമായ ലായകത്തിന്റെ നീരാവി മർദ്ദമാണ്.
– \( P \) എന്നത് ലായനിയുടെ നീരാവി മർദ്ദമാണ്.
റൗൾട്ടിന്റെ സമവാക്യം ഉപയോഗിച്ച് നീരാവി മർദ്ദത്തിലെ കുറവ് ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ പ്രകടിപ്പിക്കാം:
\[ \ഡെൽറ്റ P = x_{\ടെക്സ്റ്റ്{സൊല്യൂട്ട്}} \cdot P^\ടെക്സ്റ്റ്{0} \]
എവിടെ:
– \( x_{\text{solute}} \) എന്നത് ലായകത്തിന്റെ മോൾ ഭിന്നസംഖ്യയാണ്.
താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്ന ഉദാഹരണങ്ങൾക്ക്, സ്റ്റാൻഡേർഡ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ നമുക്ക് ഒരു ശുദ്ധമായ ലായകവും വിവിധ ലായകങ്ങളും ഉണ്ടെന്ന് കരുതുക.
ഉദാഹരണം ചോദ്യം 1
ചോദ്യം:
90 ഗ്രാം വെള്ളത്തിൽ ലയിപ്പിച്ച 10 ഗ്രാം യൂറിയ (NH2CONH2) അടങ്ങിയ ഒരു ലായനി നമ്മുടെ കൈവശമുണ്ടെന്ന് കരുതുക. ഒരു നിശ്ചിത താപനിലയിൽ ശുദ്ധജലത്തിന്റെ നീരാവി മർദ്ദം 23.76 mmHg ആണ്. ലായനിയുടെ നീരാവി മർദ്ദം കണക്കാക്കുക.
ചർച്ച:
ഘട്ടം 1: യൂറിയയുടെയും വെള്ളത്തിന്റെയും മോളുകളുടെ എണ്ണം കണക്കാക്കുക.
– യൂറിയയുടെ മോളാർ പിണ്ഡം (NH\(_2\)CONH\(_2\)): 60 ഗ്രാം/മോൾ.
– യൂറിയയുടെ മോളുകളുടെ എണ്ണം:
\[ \text{mol urea} = \frac{10\text{ g}}{60\text{ g/mol}} = 0.167 \text{ mol} \]
– ജലത്തിന്റെ മോളാർ പിണ്ഡം (H\(_2\)O): 18 ഗ്രാം/മോൾ.
– വെള്ളത്തിന്റെ മോളുകളുടെ എണ്ണം:
\[ \text{ജലത്തിന്റെ മോളുകൾ} = \frac{90\text{ g}}{18\text{ g/mol}} = 5 \text{ mol} \]
ഘട്ടം 2: യൂറിയയുടെ മോൾ ഫ്രാക്ഷൻ കണക്കാക്കുക.
\[ x_{\text{യൂറിയ}} = \frac{\text{മോൾ യൂറിയ}}{\text{മോൾ യൂറിയ} + \text{മോൾ വെള്ളം}} = \frac{0.167}{0.167 + 5} = 0.0326 \]
ഘട്ടം 3: നീരാവി മർദ്ദത്തിലെ കുറവ് കണക്കാക്കുക.
\[ \ഡെൽറ്റ P = x_{\ടെക്സ്റ്റ്{യൂറിയ}} \cdot P^\ടെക്സ്റ്റ്{0}_{\ടെക്സ്റ്റ്{എയർ}} \]
\[ \ഡെൽറ്റ P = 0.0326 \cdot 23.76 \text{ mmHg} = 0.774 \text{ mmHg} \]
ഘട്ടം 4: ലായനിയുടെ നീരാവി മർദ്ദം കണക്കാക്കുക.
\[ P_{\text{solution}} = P^\text{0}_{\text{water}} – \Delta P \]
\[ P_{\text{solution}} = 23.76 \text{ mmHg} – 0.774 \text{ mmHg} = 22.986 \text{ mmHg} \]
ഉദാഹരണം ചോദ്യം 2
ചോദ്യം:
200 ഗ്രാം വെള്ളത്തിൽ 58.5 ഗ്രാം സോഡിയം ക്ലോറൈഡ് (NaCl) ലയിപ്പിച്ചാണ് ഒരു ലായനി തയ്യാറാക്കുന്നത്. ശുദ്ധജലത്തിന്റെ നീരാവി മർദ്ദം 92.5 mmHg ആണെങ്കിൽ 50°C-ൽ നീരാവി മർദ്ദം കുറയുന്നത് കണക്കാക്കുക.
ചർച്ച:
ഘട്ടം 1: NaCl യുടെയും വെള്ളത്തിന്റെയും മോളുകളുടെ എണ്ണം കണക്കാക്കുക.
– NaCl ന്റെ മോളാർ പിണ്ഡം: 58.5 ഗ്രാം/മോൾ.
– NaCl ന്റെ മോളുകളുടെ എണ്ണം:
\[ \text{mol NaCl} = \frac{58.5\text{ g}}{58.5\text{ g/mol}} = 1 \text{ mol} \]
– ജലത്തിന്റെ മോളാർ പിണ്ഡം (H\(_2\)O): 18 ഗ്രാം/മോൾ.
– വെള്ളത്തിന്റെ മോളുകളുടെ എണ്ണം:
\[ \text{ജലത്തിന്റെ മോളുകൾ} = \frac{200\text{ g}}{18\text{ g/mol}} = 11.11 \text{ mol} \]
ഘട്ടം 2: NaCl ന്റെ പൂർണ്ണമായ അയോണൈസേഷൻ ഫോർമുല യൂണിറ്റിന് 2 അയോണുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് ഓർമ്മിക്കുക (Na\(^+\) ഉം Cl\(^-\) ഉം).
\[ n_{\text{total}} = n_{\text{NaCl}} \cdot 2 = 1 \cdot 2 = 2 \text{ mol ions} \]
ഘട്ടം 3: ലായനിയുടെ മോൾ ഭിന്നസംഖ്യ കണക്കാക്കുക.
\[ x_{\text{NaCl}} = \frac{n_{\text{total}}}{n_{\text{total}} + n_{\text{air}}} = \frac{2}{2 + 11.11} = 0.152 \]
ഘട്ടം 4: നീരാവി മർദ്ദത്തിലെ കുറവ് കണക്കാക്കുക.
\[ \ഡെൽറ്റ P = x_{\ടെക്സ്റ്റ്{NaCl}} \cdot P^\ടെക്സ്റ്റ്{0}_{\ടെക്സ്റ്റ്{എയർ}} \]
\[ \ഡെൽറ്റ P = 0.152 \cdot 92.5 \text{ mmHg} = 14.06 \text{ mmHg} \]
ഉദാഹരണം ചോദ്യം 3
ചോദ്യം:
150 ഗ്രാം വെള്ളത്തിൽ 20 ഗ്രാം ഗ്ലൂക്കോസ് (C\(_6\)H\(_{12}\)O\(_6\)) ലയിക്കുകയും, 25°C-ൽ ശുദ്ധജലത്തിന്റെ നീരാവി മർദ്ദം 23.8 mmHg ആണെങ്കിൽ, ലായനിയുടെ നീരാവി മർദ്ദം കണക്കാക്കുക.
ചർച്ച:
ഘട്ടം 1: ഗ്ലൂക്കോസിന്റെയും വെള്ളത്തിന്റെയും മോളുകളുടെ എണ്ണം കണക്കാക്കുക.
– ഗ്ലൂക്കോസിന്റെ മോളാർ മാസ്: 180 ഗ്രാം/മോൾ.
– ഗ്ലൂക്കോസിന്റെ മോളുകളുടെ എണ്ണം:
\[ \text{mol glocose} = \frac{20\text{ g}}{180\text{ g/mol}} = 0.111 \text{ mol} \]
– ജലത്തിന്റെ മോളാർ പിണ്ഡം (H\(_2\)O): 18 ഗ്രാം/മോൾ.
– വെള്ളത്തിന്റെ മോളുകളുടെ എണ്ണം:
\[ \text{ജലത്തിന്റെ മോളുകൾ} = \frac{150\text{ g}}{18\text{ g/mol}} = 8.33 \text{ mol} \]
ഘട്ടം 2: ഗ്ലൂക്കോസിന്റെ മോൾ ഭാഗം കണക്കാക്കുക.
\[ x_{\ടെക്സ്റ്റ്{ഗ്ലൂക്കോസ്}} = \frac{\ടെക്സ്റ്റ്{മോൾ ഗ്ലൂക്കോസ്}}{\ടെക്സ്റ്റ്{മോൾ ഗ്ലൂക്കോസ്} + \ടെക്സ്റ്റ്{മോൾ വാട്ടർ}} = \frac{0.111}{0.111 + 8.33} = 0.0132 \]
ഘട്ടം 3: നീരാവി മർദ്ദത്തിലെ കുറവ് കണക്കാക്കുക.
\[ \ഡെൽറ്റ P = x_{\ടെക്സ്റ്റ്{ഗ്ലൂക്കോസ്}} \cdot P^\ടെക്സ്റ്റ്{0}_{\ടെക്സ്റ്റ്{ജലം}} \]
\[ \ഡെൽറ്റ P = 0.0132 \cdot 23.8 \text{ mmHg} = 0.314 \text{ mmHg} \]
ഘട്ടം 4: ലായനിയുടെ നീരാവി മർദ്ദം കണക്കാക്കുക.
\[ P_{\text{solution}} = P^\text{0}_{\text{water}} – \Delta P \]
\[ P_{\text{solution}} = 23.8 \text{ mmHg} – 0.314 \text{ mmHg} = 23.486 \text{ mmHg} \]
പെനുട്ടപ്പ്
മുകളിലുള്ള ഉദാഹരണങ്ങളിൽ നിന്ന്, ലായകത്തിന്റെയും ലായകത്തിന്റെയും മോളുകളുടെ എണ്ണവും ശുദ്ധമായ ലായകത്തിന്റെ നീരാവി മർദ്ദവും അറിയാമെങ്കിൽ, ഒരു ലായനിയുടെ നീരാവി മർദ്ദം കുറയ്ക്കുന്നത് എളുപ്പത്തിൽ കണക്കാക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് നമുക്ക് കാണാൻ കഴിയും. ഈ ആശയത്തിന് നിരവധി പ്രധാന പ്രയോഗങ്ങളുണ്ട്, പ്രത്യേകിച്ച് രാസ, ഔഷധ വ്യവസായങ്ങളിൽ, ലായനി ഗുണങ്ങളെ നിയന്ത്രിക്കുന്നത് നിർണായകമാണ്. ഈ ആശയത്തെക്കുറിച്ചുള്ള നല്ല ധാരണ ലായനികളുടെ തെർമോഡൈനാമിക് ഗുണങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള കൂടുതൽ പഠനങ്ങൾക്കും സഹായിക്കുന്നു.
