ഘട്ടം മാറ്റങ്ങൾ ക്രിട്ടിക്കൽ താപനില ട്രിപ്പിൾ പോയിന്റ്

ഘട്ടങ്ങളിലെ മാറ്റങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള ലേഖനം ക്രിട്ടിക്കൽ താപനില ട്രിപ്പിൾ പോയിന്റ്

ആദർശ വാതക നിയമത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ചർച്ചയിൽ, യഥാർത്ഥ വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദവും സാന്ദ്രതയും വളരെ വലുതല്ലാത്തപ്പോൾ മാത്രമേ ആദർശ വാതക നിയമം യഥാർത്ഥ വാതകത്തിന്റെ സ്വഭാവത്തെ കൃത്യമായി വിവരിക്കുന്നുള്ളൂ എന്ന് വിശദീകരിച്ചിട്ടുണ്ട്. മർദ്ദവും യഥാർത്ഥ വാതക സാന്ദ്രതയും ആവശ്യത്തിന് വലുതാണെങ്കിൽ, ആദർശ വാതക നിയമം കൃത്യമല്ലാത്ത ഫലങ്ങൾ നൽകുന്നു, അതുപോലെ, യഥാർത്ഥ വാതകത്തിന്റെ താപനില തിളയ്ക്കുന്ന പോയിന്റിലേക്ക് അടുക്കുമ്പോൾ. ഇത് യഥാർത്ഥ വാതക തന്മാത്രകൾക്കിടയിൽ സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. വാതക മർദ്ദം വാതക വ്യാപ്തത്തിന് വിപരീത അനുപാതത്തിലാണ്. വാതക മർദ്ദം ആവശ്യത്തിന് വലുതാകുമ്പോൾ, വാതക വ്യാപ്തം ചെറുതാകുന്നു. വാതക വ്യാപ്തം കുറവായതിനാൽ, വാതക തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം അടുത്തുവരുന്നു. തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം അടുത്തുവരുമ്പോൾ, തന്മാത്രകൾ പരസ്പരം ആകർഷിക്കപ്പെടുന്നു. ഒരു കാന്തത്തിൽ ഒരു ഇരുമ്പ് കഷണം വയ്ക്കുമ്പോൾ പോലെയാണിത്. കാന്തത്തിനും ഇരുമ്പിനും ഇടയിലുള്ള ദൂരം വളരെ വലുതാണെങ്കിൽ, കാന്തത്തിന് ഇരുമ്പ് വലിക്കാൻ കഴിയില്ല. എന്നാൽ കാന്തത്തിനും ഇരുമ്പിനും ഇടയിലുള്ള ദൂരം അടുത്താണെങ്കിൽ, ഇരുമ്പ് കൂടുതൽ അടുത്തുവരുന്നു.

അതിനാൽ വാതക തന്മാത്രകൾ ഒരു കാന്തം പോലെയാണ് പെരുമാറുന്നത്. തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം അടുത്തായിരിക്കുമ്പോൾ, തന്മാത്രകൾ പരസ്പരം വലിക്കുന്നു. വലിച്ചെടുക്കൽ ശക്തി തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം അടുത്തേക്ക് അടുക്കാൻ കാരണമാകുന്നു (വാതക വ്യാപ്തം കുറയുന്നു). സാധാരണയായി, വാതക മർദ്ദം ആവശ്യത്തിന് വലുതായിരിക്കുമ്പോൾ ഇത് സംഭവിക്കുന്നു (വലിയ മർദ്ദം, കുറഞ്ഞ വ്യാപ്തം. ചെറിയ വ്യാപ്തം, തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം അടുത്തുവരുന്നു). അതിനാൽ, യഥാർത്ഥ വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദവും സാന്ദ്രതയും വലുതായിരിക്കുമ്പോൾ ആദർശ വാതക നിയമം കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നൽകുന്നില്ല.

മർദ്ദവും മർദ്ദത്തിന്റെ അളവും തമ്മിലുള്ള രേഖാചിത്രം

മുകളിലുള്ള പ്രശ്നം നന്നായി മനസ്സിലാക്കാൻ, വാതക മർദ്ദവും വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം പ്രസ്താവിക്കുന്ന ഡയഗ്രം നമുക്ക് അവലോകനം ചെയ്യാം. 1, 2, 3, 4 എന്നീ കർവുകൾ വ്യത്യസ്ത താപനിലകളിൽ ഒരേ വാതക സ്വഭാവം കാണിക്കുന്നു. കർവ് 1 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന വാതക താപനില കർവ് 2 നേക്കാൾ കൂടുതലാണ്. കർവ് 2 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന വാതക താപനില കർവ് 3 നേക്കാൾ കൂടുതലാണ്. കർവ് 3 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന വാതക താപനില കർവ് 4 നേക്കാൾ കൂടുതലാണ്. ഡയഗ്രാമിന്റെ മധ്യത്തിലുള്ള സ്ലാഷാണ് കർവ്. വാതക താപനില എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും, ഇത് വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദം (P) ഉം വ്യാപ്തവും (V) മാത്രം മാറ്റുന്നു.

ആദർശ വാതക നിയമം അനുസരിച്ച്, നമ്പർ 1 ൽ തുടങ്ങുന്ന രേഖ നമ്പർ 1 ൽ അവസാനിക്കണം. അതുപോലെ, നമ്പർ 2 ൽ തുടങ്ങുന്ന രേഖ നമ്പർ 2 ൽ അവസാനിക്കണം. യഥാർത്ഥ വാതകം അനുഭവിക്കുന്ന യാഥാർത്ഥ്യം ആദർശ വാതക നിയമ പ്രവചനം അനുസരിച്ചല്ല. വാതക മർദ്ദം ആവശ്യത്തിന് വലുതാകുമ്പോൾ, വാതക വ്യാപ്തം ചെറുതാകുകയും ആദർശ വാതക നിയമ പ്രവചനത്തിൽ നിന്ന് വ്യതിചലിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു (കർവ് 1 ഉം കർവ് 2 ഉം താരതമ്യം ചെയ്യുക). വാതക വ്യാപ്ത വ്യതിയാനത്തിന്റെ അളവും താപനിലയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. വാതകത്തിന്റെ താപനില കുറവാണെങ്കിൽ അത് ദ്രവണാങ്കത്തെ, അതായത് തിളയ്ക്കുന്ന പോയിന്റിനെ (ബി) സമീപിക്കുകയാണെങ്കിൽ, താപനില കൂടുതലായിരിക്കുമ്പോൾ വാതകത്തിന് സാധാരണയായി കൂടുതൽ ഗണ്യമായ വ്യാപ്ത വ്യതിയാനം അനുഭവപ്പെടുന്നു (കർവുകൾ 1, 2, 3, 4 എന്നിവ താരതമ്യം ചെയ്യുക). നേരത്തെ വിശദീകരിച്ചതുപോലെ, വാതക തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണത്തിന്റെ സാന്നിധ്യത്താൽ സ്വാധീനിക്കപ്പെടുന്നു.

മുകളിലുള്ള ഡയഗ്രാമിലെ വക്രം 3 ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ ക്രിട്ടിക്കൽ താപനിലയിൽ അതിന്റെ സ്വഭാവം കാണിക്കുന്നു. വക്രം മൂന്ന് കടന്നുപോകുന്ന ബിന്ദുവിനെ സി ഒരു ക്രിട്ടിക്കൽ ബിന്ദു എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ക്രിട്ടിക്കൽ താപനിലയേക്കാൾ ഉയർന്ന താപനിലയിൽ, വാതകത്തിന് ഗണ്യമായ മർദ്ദം നൽകിയാലും അതിന്റെ രൂപം ദ്രാവക രൂപത്തിലേക്ക് മാറാൻ കഴിയില്ല (വക്രം 2 ഉം വക്രം 1 ഉം താരതമ്യം ചെയ്യുക). നൽകുന്ന മർദ്ദം വാതകത്തിന്റെ അളവ് കുറയ്ക്കുക മാത്രമേ ചെയ്യുന്നുള്ളൂ, പക്ഷേ വാതകത്തെ ദ്രാവകമാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയില്ല. നേരെമറിച്ച്, ക്രിട്ടിക്കൽ താപനിലയേക്കാൾ കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ, ഒരു കേവല മർദ്ദം നൽകിയാൽ വാതകം ദ്രാവകമായി മാറും (വക്രം 3 മായി താരതമ്യം ചെയ്യുക). ഒരു ക്രിട്ടിക്കൽ താപനിലയിൽ വാതകത്തെ ദ്രാവകമാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയുന്ന മർദ്ദത്തിന്റെ അളവിനെ ക്രിട്ടിക്കൽ മർദ്ദം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഓരോ പദാർത്ഥത്തിനും വ്യത്യസ്ത ക്രിട്ടിക്കൽ താപനിലയും ക്രിട്ടിക്കൽ മർദ്ദവുമുണ്ട്.

മുകളിലുള്ള ഡയഗ്രാമിലെ വക്രം 4 വാതകത്തിൽ നിന്ന് ദ്രാവകത്തിലേക്ക് മാറുന്ന പ്രക്രിയ കാണിക്കുന്നു. ഷേഡഡ് ഏരിയ (ഒരു പർവതത്തോട് സാമ്യമുള്ളത്) വാതകവും ദ്രാവകവും സന്തുലിതാവസ്ഥയിലുള്ള ഒരു മേഖലയാണ്. ആദ്യം, വാതക വ്യാപ്തം വലുതാണ്. വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിച്ചതിനുശേഷം, വാതക വ്യാപ്തം ബി പോയിന്റിൽ എത്തുന്നതുവരെ ചെറുതായിത്തീരുന്നു (ബി പോയിന്റ് ദ്രവണാങ്കമാണ്, തിളപ്പിക്കൽ പോയിന്റ് എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു). ബി പോയിന്റിൽ എത്തുമ്പോൾ, വാതകം ദ്രാവകമായി മാറാൻ തുടങ്ങുന്നു. വാതകത്തെ ദ്രാവകമാക്കി മാറ്റുന്ന പ്രക്രിയയിൽ (ബി പോയിന്റിൽ നിന്ന് എ പോയിന്റിലേക്ക്), മർദ്ദത്തിൽ വർദ്ധനവ് ഇല്ലെങ്കിലും പദാർത്ഥത്തിന്റെ വ്യാപ്തം ചെറുതായിത്തീരുന്നു (ഒരു നേർരേഖയിൽ അടയാളപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു). എ പോയിന്റിൽ, എല്ലാ വാതകങ്ങളും ദ്രാവകമായി മാറിയിരിക്കുന്നു. ഒരു പോയിന്റിൽ എത്തിയതിനുശേഷം പദാർത്ഥത്തിലേക്ക് മർദ്ദം ചേർക്കുന്നത് കുറഞ്ഞ വ്യാപ്ത മാറ്റത്തിന് മാത്രമേ കാരണമാകൂ (വളരെ കുത്തനെയുള്ള വക്രത്താൽ അടയാളപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു).

ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ, നമ്മൾ പലപ്പോഴും നീരാവി, വാതകം എന്നീ പദങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, ജല നീരാവി അല്ലെങ്കിൽ നൈട്രജൻ വാതകം. ജല നീരാവി വെള്ളത്തിൽ നിന്നുള്ള വാതകമാണെങ്കിലും, ജല നീരാവി ജലവാതകം എന്ന് നമ്മൾ ഒരിക്കലും പരാമർശിക്കാറില്ല. അതുപോലെ നൈട്രജൻ, ഓക്സിജൻ മുതലായവയുമായി. നൈട്രജൻ അല്ലെങ്കിൽ ഓക്സിജനെ സാധാരണയായി വാതകം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. വാതകത്തിനും നീരാവിക്കും വ്യത്യസ്ത അർത്ഥങ്ങളുണ്ട്. ഒരു പദാർത്ഥത്തിൽ നിന്നുള്ള വാതകം പദാർത്ഥത്തിന്റെ ക്രിട്ടിക്കൽ താപനിലയ്ക്ക് താഴെയാണെങ്കിൽ, നമ്മൾ അതിനെ നീരാവി എന്ന് വിളിക്കുന്നു. നേരെമറിച്ച്, ഒരു പദാർത്ഥത്തിൽ നിന്നുള്ള വാതകം പദാർത്ഥത്തിന്റെ ക്രിട്ടിക്കൽ താപനിലയ്ക്ക് മുകളിലാണെങ്കിൽ, നമ്മൾ അതിനെ വാതകം എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

മർദ്ദവും താപനിലയും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസത്തിന്റെ രേഖാചിത്രം (ഘട്ട രേഖാചിത്രം)

മർദ്ദം vs. വോളിയം എന്നിവയുടെ ഡയഗ്രം ഉപയോഗിച്ച്, പദാർത്ഥങ്ങളുടെ സ്വഭാവം മുമ്പ് വിവരിച്ചിരുന്നു. PV ഡയഗ്രം ഉപയോഗിക്കുന്നതിനു പുറമേ, മർദ്ദം (P) vs. താപനില (T) എന്നിവയുടെ ഡയഗ്രം ഉപയോഗിച്ച് പദാർത്ഥങ്ങളുടെ സ്വഭാവം വിശദീകരിക്കാം. PT ഡയഗ്രമുകളെ സാധാരണയായി ഘട്ടം ഡയഗ്രമുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഘട്ടങ്ങൾ താരതമ്യം ചെയ്യാൻ ഈ ഡയഗ്രം ഉപയോഗിക്കുന്നതിനാൽ ഇതിനെ ഘട്ടം ഡയഗ്രം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. പലപ്പോഴും ഘട്ടം മാറ്റുന്ന പദാർത്ഥങ്ങളിൽ ഒന്നാണ് വെള്ളം.

ഡയഗ്രാമിൽ മൂന്ന് വളവുകൾ ഉണ്ട്, അതായത് ബാഷ്പീകരണ വക്രങ്ങൾ, ഉരുകൽ വക്രങ്ങൾ, സപ്ലിമേഷൻ വക്രങ്ങൾ.

ദ്രാവകവും നീരാവിയും സന്തുലിതാവസ്ഥയിലായിരിക്കുന്ന ബിന്ദുക്കളെയാണ് ബാഷ്പീകരണ വക്രം കാണിക്കുന്നത്. ദ്രാവകവും നീരാവി രൂപവും സന്തുലിതാവസ്ഥയിലായിരിക്കുന്ന ബിന്ദുവിനെ ദ്രവണാങ്കം എന്ന് വിളിക്കുന്നു, അതായത് തിളപ്പിക്കൽ ബിന്ദു (ഈ ഘട്ടത്തിൽ നീരാവിക്ക് ഉരുകി വെള്ളമായി മാറാൻ കഴിയുന്നതിനാൽ ദ്രവണാങ്കം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഈ ഘട്ടത്തിൽ വെള്ളം തിളച്ച് നീരാവിയായി മാറാൻ കഴിയുന്നതിനാൽ തിളപ്പിക്കൽ ബിന്ദു എന്ന് വിളിക്കുന്നു) അങ്ങനെ, ബാഷ്പീകരണ വക്രം യഥാർത്ഥത്തിൽ മർദ്ദം (P) യും തിളപ്പിക്കൽ ബിന്ദുവും / ദ്രവണാങ്കം താപനിലയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം പ്രസ്താവിക്കുന്ന ഒരു ഗ്രാഫാണ്. മർദ്ദം കുറയുന്തോറും വെള്ളത്തിന്റെ തിളപ്പിക്കൽ ബിന്ദുവിന്റെ താപനില കുറയുന്നു, അല്ലെങ്കിൽ മർദ്ദം കൂടുന്തോറും വെള്ളത്തിന്റെ തിളപ്പിക്കൽ ബിന്ദുവിന്റെ താപനില കൂടുതലാണെന്ന് തോന്നുന്നു. 1 atm മർദ്ദത്തിൽ, വെള്ളത്തിന്റെ തിളപ്പിക്കൽ ബിന്ദു താപനില 100 ^o C ആണ്. നേരെമറിച്ച്, 218 atm മർദ്ദത്തിൽ, വെള്ളത്തിന്റെ തിളപ്പിക്കൽ ബിന്ദു താപനില = 374 ^o C ആണ്.

^{218 atm മർദ്ദത്തെ ജലത്തിന്റെ ക്രിട്ടിക്കൽ മർദ്ദം എന്നും, 374 o} C താപനിലയെ ജലത്തിന്റെ ക്രിട്ടിക്കൽ താപനില എന്നും വിളിക്കുന്നു. നീരാവി താപനില 374 ^o C ൽ കുറവാണെങ്കിൽ , 374 ^o C മർദ്ദം നൽകിയാൽ നീരാവിക്ക് അതിന്റെ ഘട്ടം ദ്രാവകമാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയും. താപനില 218 ^o C ൽ കൂടുതലാണെങ്കിൽ മർദ്ദത്തിന് നീരാവിയെ ദ്രാവകമാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയില്ല.

ദ്രാവകവും ഖരവും സന്തുലിതാവസ്ഥയിലായിരിക്കുന്ന ബിന്ദുക്കളെ ദ്രവണാങ്കം കാണിക്കുന്നു. ദ്രാവകവും ഖരവും സന്തുലിതാവസ്ഥയിലായിരിക്കുന്ന ബിന്ദുവിനെ ദ്രവണാങ്കം അല്ലെങ്കിൽ ഫ്രീസിങ് പോയിന്റ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു (ഈ ഘട്ടത്തിൽ ഐസ് വെള്ളത്തിലേക്ക് ഉരുകാൻ കഴിയുന്നതിനാൽ ദ്രവണാങ്കം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഈ ഘട്ടത്തിൽ വെള്ളം ഐസായി മരവിക്കാൻ കഴിയുന്നതിനാൽ ഇതിനെ ഫ്രീസിങ് പോയിന്റ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു). അങ്ങനെ, മർദ്ദം (P) യും ദ്രവണാങ്കം അല്ലെങ്കിൽ ഫ്രീസിങ് താപനിലയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം പ്രസ്താവിക്കുന്ന ഒരു ഗ്രാഫാണ് ദ്രവണാങ്കം. 1 atm മർദ്ദത്തിൽ, ജലത്തിന്റെ ഫ്രീസിങ് പോയിന്റ് (അല്ലെങ്കിൽ ഐസിന്റെ ദ്രവണാങ്കം) = 0 ^{o C. 218 atm മർദ്ദത്തിന് വിപരീതമായി, ജലത്തിന്റെ ഫ്രീസിങ് പോയിന്റ് (അല്ലെങ്കിൽ ഐസിന്റെ ദ്രവണാങ്കം) 0 o} C ൽ താഴെയാണ്. 1 atm മർദ്ദത്തിൽ, താപനില 0 o C നും 100 ^{o C നും ഇടയിലാണെങ്കിൽ വെള്ളം ദ്രാവകത്തിലാണെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കുക. 1 atm മർദ്ദത്തിൽ, താപനില 0 o} C യിൽ കുറവാണെങ്കിൽ വെള്ളം ഖരാവസ്ഥയിലായിരിക്കും അല്ലെങ്കിൽ 1 atm മർദ്ദത്തിൽ, താപനില 100 ^o C യിൽ കൂടുതലാണെങ്കിൽ വെള്ളം നീരാവിയിൽ ആയിരിക്കും.

ഖരവസ്തുവും നീരാവിയും സന്തുലിതാവസ്ഥയിലായിരിക്കുന്ന ബിന്ദുക്കളെയാണ് സപ്ലിമേഷൻ വക്രം കാണിക്കുന്നത്. സന്തുലിതാവസ്ഥയെ സപ്ലിമേഷൻ പോയിന്റ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു. അതിനാൽ, സപ്ലിമേഷൻ കർവ് എന്നത് സപ്ലിമേഷൻ പോയിന്റിന്റെ മർദ്ദവും (P) താപനിലയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം പ്രസ്താവിക്കുന്ന ഒരു ഗ്രാഫാണ്. ഒരു ദ്രാവകത്തിലൂടെ കടന്നുപോകാതെ ഖരവസ്തുവിനെ നീരാവിയായി മാറ്റുന്ന പ്രക്രിയയാണ് സപ്ലിമേഷൻ. സാധാരണയായി, താഴ്ന്ന മർദ്ദത്തിൽ മാത്രമേ സപ്ലിമേഷൻ സംഭവിക്കൂ. താപനില 0.01 ൽ കുറവാണെങ്കിൽ മാത്രമേ ഐസിന് സപ്ലിമേഷൻ ചെയ്യാൻ കഴിയൂ. ^oC ഉം മർദ്ദം 0.006 atm-ലും താഴെയാണ്. മൂന്ന് വളവുകൾ വിഭജിക്കുന്ന ബിന്ദുവിനെ ട്രിപ്പിൾ ബിന്ദു എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിന്റെ ഒരു ഫേസ് ഡയഗ്രം താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്നു. വാട്ടർ ഫേസ് ഡയഗ്രാമിലെയും കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് ഫേസ് ഡയഗ്രാമിലെയും സ്കെയിൽ രേഖീയമല്ലെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കുക.