द्रावणांच्या बाष्प दाबातील घटीविषयी उदाहरणादाखल प्रश्न आणि चर्चा
द्रावणाच्या बाष्प दाबातील घट (बाष्प दाब अवनमन) हा द्रावणांचा एक सहसंयुजी गुणधर्म आहे, जो केवळ विरघळलेल्या कणांच्या संख्येवर अवलंबून असतो, त्या कणांच्या रासायनिक स्वरूपावर नाही. समजण्यास सोपे जावे म्हणून, आपण अनेक उदाहरणे आणि सविस्तर चर्चेद्वारे ही संकल्पना पाहणार आहोत.
बाष्प दाब कमी होण्याची मूलभूत संकल्पना
जेव्हा एखादा बाष्पशील पदार्थ द्रावकात विरघळून द्रावण तयार होते, तेव्हा त्याच तापमानाला द्रावणाचा बाष्प दाब सामान्यतः शुद्ध द्रावकाच्या बाष्प दाबापेक्षा कमी असतो. या घटनेला बाष्प दाब घट असे म्हणतात. या प्रक्रियेचे मुख्य कारण म्हणजे द्राव्य कणांची उपस्थिती, जे द्रावकाच्या रेणूंना वायू अवस्थेत जाण्याची शक्यता कमी करतात, ज्यामुळे बाष्प दाब कमी होतो.
बाष्प दाबातील ही घट खालील सूत्र वापरून मोजता येते:
\[ \Delta P = P^\text{0} – P \]
कुठे:
– \( \Delta P \) म्हणजे बाष्प दाबातील घट.
– \( P^\text{0} \) हा शुद्ध द्रावकाचा बाष्प दाब आहे.
– \( P \) हे द्रावणाचे बाष्प दाब आहे.
बाष्प दाबातील घट राऊल्टच्या समीकरणाचा वापर करून खालीलप्रमाणे देखील व्यक्त केली जाऊ शकते:
\[ \Delta P = x_{\text{solute}} \cdot P^\text{0} \]
कुठे:
– \( x_{\text{solute}} \) हा द्राव्याचा मोल अपूर्णांक आहे.
पुढील उदाहरणांसाठी, आपण असे गृहीत धरूया की आपल्याकडे मानक परिस्थितीत एक शुद्ध द्रावक आणि विविध द्राव्ये आहेत.
उदाहरण प्रश्न १
प्रश्न:
समजा आपल्याकडे ९० ग्रॅम पाण्यात १० ग्रॅम युरिया (NH2CONH2) विरघळवलेले एक द्रावण आहे. एका विशिष्ट तापमानाला शुद्ध पाण्याचा बाष्प दाब २३.७६ mmHg आहे. द्रावणाच्या बाष्प दाबाची गणना करा.
चर्चा:
पायरी १: युरिया आणि पाण्याच्या मोलची संख्या मोजा.
– युरियाचा मोलर वस्तुमान (NH\(_2\)CONH\(_2\)): 60 ग्रॅम/मोल.
– युरियाच्या मोलची संख्या:
\[ \text{मोल युरिया} = \frac{10\text{ ग्रॅम}}{60\text{ ग्रॅम/मोल}} = 0.167 \text{ मोल} \]
– पाण्याचे मोलर वस्तुमान (H\(_2\)O): 18 ग्रॅम/मोल.
– पाण्याच्या रेणूंची संख्या:
\[ \text{पाण्याचे मोल} = \frac{90\text{ ग्रॅम}}{18\text{ ग्रॅम/मोल}} = 5 \text{ मोल} \]
पायरी २: युरियाच्या मोल अपूर्णांकाची गणना करा.
\[ x_{\text{urea}} = \frac{\text{mole urea}}{\text{mole urea} + \text{mole water}} = \frac{0.167}{0.167 + 5} = 0.0326 \]
पायरी ३: बाष्प दाबातील घट मोजा.
\[ \Delta P = x_{\text{urea}} \cdot P^\text{0}_{\text{air}} \]
\[ \Delta P = 0.0326 \cdot 23.76 \text{ mmHg} = 0.774 \text{ mmHg} \]
पायरी ४: द्रावणाच्या बाष्प दाबाची गणना करा.
\[ P_{\text{solution}} = P^\text{0}_{\text{water}} – \Delta P \]
\[ P_{\text{solution}} = 23.76 \text{ mmHg} – 0.774 \text{ mmHg} = 22.986 \text{ mmHg} \]
उदाहरण प्रश्न १
प्रश्न:
200 ग्रॅम पाण्यात 58.5 ग्रॅम सोडियम क्लोराईड (NaCl) विरघळवून एक द्रावण तयार केले जाते. 50°C तापमानावर बाष्प दाबातील घट काढा, जिथे शुद्ध पाण्याचा बाष्प दाब 92.5 mmHg आहे.
चर्चा:
पायरी १: NaCl आणि पाण्याच्या मोलची संख्या मोजा.
– NaCl चे मोलर वस्तुमान: 58.5 ग्रॅम/मोल.
– NaCl च्या मोलची संख्या:
\[ \text{mol NaCl} = \frac{58.5\text{ g}}{58.5\text{ g/mol}} = 1 \text{ mol} \]
– पाण्याचे मोलर वस्तुमान (H\(_2\)O): 18 ग्रॅम/मोल.
– पाण्याच्या रेणूंची संख्या:
\[ \text{पाण्याचे मोल} = \frac{200\text{ ग्रॅम}}{18\text{ ग्रॅम/मोल}} = 11.11 \text{ मोल} \]
पायरी २: लक्षात ठेवा की NaCl च्या पूर्ण आयनीकरणामुळे प्रति सूत्र एकक २ आयन (Na\(^+\) आणि Cl\(^-\)) तयार होतात.
\[ n_{\text{total}} = n_{\text{NaCl}} \cdot 2 = 1 \cdot 2 = 2 \text{ मोल आयन} \]
पायरी ३: द्रावणाच्या मोल अपूर्णांकाची गणना करा.
\[ x_{\text{NaCl}} = \frac{n_{\text{total}}}{n_{\text{total}} + n_{\text{air}}} = \frac{2}{2 + 11.11} = 0.152 \]
पायरी ३: बाष्प दाबातील घट मोजा.
\[ \Delta P = x_{\text{NaCl}} \cdot P^\text{0}_{\text{air}} \]
\[ \Delta P = 0.152 \cdot 92.5 \text{ mmHg} = 14.06 \text{ mmHg} \]
उदाहरण प्रश्न १
प्रश्न:
जर 20 ग्रॅम ग्लुकोज (C\(_6\)H\(_{12}\)O\(_6\)) 150 ग्रॅम पाण्यात विरघळवले असेल आणि 25°C तापमानावर शुद्ध पाण्याचा बाष्प दाब 23.8 mmHg असेल, तर द्रावणाचा बाष्प दाब काढा.
चर्चा:
पायरी १: ग्लुकोज आणि पाण्याच्या मोलची संख्या मोजा.
– ग्लुकोजचे मोलर वस्तुमान: १८० ग्रॅम/मोल.
ग्लुकोजच्या मोलची संख्या:
\[ \text{mol glucose} = \frac{20\text{ g}}{180\text{ g/mol}} = 0.111 \text{ mol} \]
– पाण्याचे मोलर वस्तुमान (H\(_2\)O): 18 ग्रॅम/मोल.
– पाण्याच्या रेणूंची संख्या:
\[ \text{पाण्याचे मोल} = \frac{150\text{ ग्रॅम}}{18\text{ ग्रॅम/मोल}} = 8.33 \text{ मोल} \]
पायरी २: ग्लुकोजच्या मोल अपूर्णांकाची गणना करा.
\[ x_{\text{ग्लुकोज}} = \frac{\text{ग्लुकोजचे मोल}}{\text{ग्लुकोजचे मोल} + \text{पाण्याचे मोल}} = \frac{0.111}{0.111 + 8.33} = 0.0132 \]
पायरी ३: बाष्प दाबातील घट मोजा.
\[ \Delta P = x_{\text{glucose}} \cdot P^\text{0}_{\text{water}} \]
\[ \Delta P = 0.0132 \cdot 23.8 \text{ mmHg} = 0.314 \text{ mmHg} \]
पायरी ४: द्रावणाच्या बाष्प दाबाची गणना करा.
\[ P_{\text{solution}} = P^\text{0}_{\text{water}} – \Delta P \]
\[ P_{\text{solution}} = 23.8 \text{ mmHg} – 0.314 \text{ mmHg} = 23.486 \text{ mmHg} \]
बंद होत आहे
वरील उदाहरणांवरून आपल्या लक्षात येते की, जर आपल्याला द्राव्य आणि द्रावकाच्या मोलची संख्या, तसेच शुद्ध द्रावकाचा बाष्प दाब माहित असेल, तर द्रावणाच्या बाष्प दाबातील घट सहजपणे मोजता येते. या संकल्पनेचे अनेक महत्त्वाचे उपयोग आहेत, विशेषतः रासायनिक आणि औषधनिर्माण उद्योगांमध्ये, जिथे द्रावणाचे गुणधर्म नियंत्रित करणे अत्यंत महत्त्वाचे असते. या संकल्पनेचे चांगले आकलन द्रावणांच्या औष्णिक गुणधर्मांच्या पुढील अभ्यासातही मदत करते.
