அர்ஹீனியஸ் அமிலம்-கார விவாதக் கேள்விகளுக்கான எடுத்துக்காட்டு

அர்ஹீனியஸ் அமிலங்கள் மற்றும் காரங்கள் குறித்த எடுத்துக்காட்டுக் கேள்விகளும் கலந்துரையாடலும்

அமிலங்களும் காரங்களும் வேதியியலின் அடிப்படைக் கருத்துக்களாகும். அமிலங்கள் மற்றும் காரங்களின் பண்புகளை விளக்கும் மிகவும் அறியப்பட்ட கோட்பாடுகளில் ஒன்று அர்ஹீனியஸ் கோட்பாடு ஆகும். அர்ஹீனியஸின் கூற்றுப்படி, அமிலம் என்பது நீரில் கரையும்போது H⁺ (அல்லது H₃O⁺) அயனிகளை உருவாக்கும் ஒரு சேர்மமாகும், அதேசமயம் காரம் என்பது நீரில் கரையும்போது OH⁻ அயனிகளை உருவாக்கும் ஒரு சேர்மமாகும். இந்தக் கட்டுரையில், அர்ஹீனியஸ் கோட்பாட்டின்படி அமிலங்கள் மற்றும் காரங்கள் தொடர்பான பல எடுத்துக்காட்டுக் கணக்குகளையும் அவற்றின் தீர்வுகளையும் பற்றி விவாதிப்போம்.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 1

கேள்வி:
0,1 M ஹைட்ரோகுளோரிக் அமில (HCl) கரைசல் நீரில் கரைக்கப்படுகிறது. கரைசலில் உள்ள H⁺ அயனிகளின் செறிவைக் கணக்கிடுங்கள்.

கலந்துரையாடல்:
அர்ஹீனியஸ் கோட்பாட்டின்படி, HCl நீரில் கரையும்போது H⁺ அயனிகளை உருவாக்குவதால் அது ஒரு அமிலமாகும். நீரில் HCl-இன் அயனியாக்கச் சமன்பாடு பின்வருமாறு:

[ HCl இலிருந்து H⁺ + Cl⁻ ]

HCl-இன் ஆரம்பச் செறிவு 0,1 M ஆகும். HCl ஒரு வலிமையான அமிலம் என்பதாலும், அது நீர்க்கரைசலில் முழுமையாக அயனியாகிறது என்பதாலும், ஒவ்வொரு HCl மூலக்கூறும் ஒரு H⁺ அயனியையும் ஒரு Cl⁻ அயனியையும் உருவாக்கும். எனவே, கரைசலில் உள்ள H⁺ அயனிகளின் செறிவும் HCl-இன் செறிவுக்குச் சமமாக இருக்கும், அதாவது:

\[ [\text{H}^+] = 0,1 \text{ M} \]

எனவே, 0,1 M HCl கரைசலில் H⁺ அயனிகளின் செறிவு 0,1 M ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 2

கேள்வி:
0,01 M நைட்ரிக் அமில (HNO₃) கரைசலின் pH மதிப்பைக் கணக்கிடுக.

கலந்துரையாடல்:
HNO₃ என்பது நீரில் முழுமையாக அயனியாகக்கூடிய ஒரு வலிமையான அமிலம், எனவே HNO₃-க்கான அயனியாக்கச் சமன்பாடு பின்வருமாறு:

\[ \text{HNO}_3 \to \text{H}^+ + \text{NO}_3^- \]

கொடுக்கப்பட்ட HNO₃-வின் செறிவு 0,01 M ஆகும். HNO₃ ஒரு வலிமையான அமிலம் என்பதால், HNO₃-வின் ஒவ்வொரு மூலக்கூறும் ஒரு H⁺ அயனியை உருவாக்கும். எனவே, கரைசலில் உள்ள H⁺ அயனிகளின் செறிவு, HNO₃-வின் செறிவுக்குச் சமம், அதாவது:

\[ [\text{H}^+] = 0,01 \text{ M} \]

pH ஐ பின்வரும் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:

\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]

H⁺ அயனிகளின் செறிவை சூத்திரத்தில் பிரதியிடுவதன் மூலம், நாம் பெறுவது:

\[ \text{pH} = -\log (0,01) = -\log (10^{-2}) = 2 \]

எனவே, 0,01 M HNO₃ கரைசலின் pH மதிப்பு 2 ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 3

கேள்வி:
0,05 M NaOH கரைசலில் உள்ள OH⁻ அயனிகளின் செறிவைக் கண்டறியவும்.

கலந்துரையாடல்:
NaOH ஒரு வலிமையான காரம் மற்றும் நீரில் முழுமையாக அயனியாகிறது, எனவே NaOH-க்கான அயனியாக்கச் சமன்பாடு பின்வருமாறு:

\[ \text{NaOH} \to \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]

கொடுக்கப்பட்டுள்ள NaOH-இன் செறிவு 0,05 M ஆகும். NaOH ஒரு வலிமையான காரம் என்பதால், ஒவ்வொரு NaOH மூலக்கூறும் ஒரு OH⁻ அயனியை உருவாக்கும். எனவே, கரைசலில் உள்ள OH⁻ அயனிகளின் செறிவு, NaOH-இன் செறிவுக்குச் சமம், அதாவது:

\[ [\text{OH}^-] = 0,05 \text{ M} \]

எனவே, 0,05 M NaOH கரைசலில் OH⁻ அயனிகளின் செறிவு 0,05 M ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 4

கேள்வி:
0,01 M KOH கரைசலின் pH மதிப்பைக் கணக்கிடுங்கள்.

கலந்துரையாடல்:
KOH என்பது நீரில் முழுமையாக அயனியாகக்கூடிய ஒரு வலிமையான காரம் ஆகும். நீரில் KOH-இன் அயனியாக்கச் சமன்பாடு பின்வருமாறு:

\[ \text{KOH} \to \text{K}^+ + \text{OH}^- \]

கொடுக்கப்பட்ட KOH செறிவு 0,01 M ஆகும். KOH ஒரு வலிமையான காரம் என்பதால், ஒவ்வொரு KOH மூலக்கூறும் ஒரு OH⁻ அயனியை உருவாக்கும். எனவே, கரைசலில் உள்ள OH⁻ அயனிகளின் செறிவு KOH-இன் செறிவுக்குச் சமம், அதாவது:

\[ [\text{OH}^-] = 0,01 \text{ M} \]

pH என்பது ஒரு கரைசலில் உள்ள H⁺ அயனிகளின் செறிவின் அளவீடு ஆகும். நீர் அயனிப் பெருக்கத்தால் (Kw) கொடுக்கப்பட்டுள்ள pH, H⁺ அயனிகள் மற்றும் OH⁻ அயனிகளுக்கு இடையேயான தொடர்பை நாம் பயன்படுத்தலாம்:

\[ \text{Kw} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-14} \]

[OH⁻] இன் மதிப்பை அறிந்தால், [H⁺] ஐக் கணக்கிடலாம்:

\[ [\text{H}^+] = \frac{\text{Kw}}{[\text{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{0,01} = 1 \times 10^{-12} \text{ M} \]

pH ஐ பின்வரும் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:

\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]

H⁺ அயனிகளின் செறிவை சூத்திரத்தில் பிரதியிடுவதன் மூலம், நாம் பெறுவது:

\[ \text{pH} = -\log (1 \times 10^{-12}) = 12 \]

எனவே, 0,01 M KOH கரைசலின் pH மதிப்பு 12 ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 5

கேள்வி:
ஒரு கரைசலின் pH மதிப்பு 3 ஆகும். அக்கரைசலில் உள்ள H⁺ அயனிகளின் செறிவைக் கணக்கிடுக.

கலந்துரையாடல்:
pH என்பது ஒரு கரைசலில் உள்ள H⁺ அயனிகளின் செறிவின் அளவீடு ஆகும், மேலும் இதனை பின்வரும் சூத்திரத்தின் மூலம் வெளிப்படுத்தலாம்:

\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]

H⁺ அயனிகளின் செறிவைக் கணக்கிட, நாம் சூத்திரத்தை இவ்வாறு மாற்றுகிறோம்:

\[ [\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} \]

கொடுக்கப்பட்ட pH மதிப்புகளைப் பிரதியிடுவதன் மூலம், நாம் பெறுவது:

\[ [\text{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \text{ M} \]

எனவே, pH = 3 உள்ள ஒரு கரைசலில் H⁺ அயனிகளின் செறிவு 0,001 M ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 6

கேள்வி:
NH₄OH கரைசலின் செறிவு 0,1 M ஆகும். NH₄OH-இன் Kb மதிப்பு 1,8 x 10⁻⁵ எனில், கரைசலின் pH மதிப்பைக் கணக்கிடுக.

கலந்துரையாடல்:
NH₄OH என்பது நீரில் முழுமையாக அயனியாகாத ஒரு வலிமை குறைந்த காரம் ஆகும். நீரில் NH₄OH-இன் அயனியாக்கச் சமன்பாடு பின்வருமாறு:

\[ \text{NH}_4\text{OH} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]

NH₄OH-ன் அயனியாக்கத்திற்கான சமநிலை மாறிலி Kb என அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் அது பின்வருமாறு கொடுக்கப்பட்டுள்ளது:

\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_4\text{OH}} \]

NH₄OH ஒரு வலிமை குறைந்த காரம் என்பதால், OH⁻ அயனிகளின் செறிவைக் கணக்கிட நாம் Kb-ஐப் பயன்படுத்துகிறோம். \(x\) என்பது அயனியாக்கப்பட்ட NH₄OH-இன் செறிவு எனக்கொண்டால், அயனியாக்கச் சமன்பாடு பின்வருமாறு அமைகிறது:

\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \approx \frac{x^2}{0,1} \]

Kb-யின் மதிப்பு மிகச் சிறியதாக இருப்பதால், நாம் \(0,1 – x \approx 0,1\) என எடுத்துக்கொள்கிறோம்:

\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]

\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-6} \]

\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]

\[ x \approx 1,34 \times 10^{-3} \text{ M} \]

எனவே, OH⁻ அயனிகளின் செறிவு \(1,34 \times 10^{-3} \text{ M}\) ஆகும்.

இந்தச் செறிவிலிருந்து, Kw-ஐப் பயன்படுத்தி H⁺ அயனிகளின் செறிவை நாம் கணக்கிடலாம்:

\[ [\text{H}^+] = \frac{1 \times 10^{-14}}{1,34 \times 10^{-3}} \]

\[ [\text{H}^+] = 7,46 \times 10^{-12} \text{ M} \]

பி.எச்:

\[ \text{pH} = -\log (7,46 \times 10^{-12}) \]

[pH தோராயமாக 11,13]

எனவே, 0,1 M NH₄OH கரைசலின் pH மதிப்பு சுமார் 11,13 ஆகும்.

முடிவுரை

கரைசல்களில் அமிலங்களும் காரங்களும் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வதற்கு அர்ஹீனியஸ் கோட்பாடு ஒரு மதிப்புமிக்க அடித்தளத்தை வழங்குகிறது. இந்தக் கலந்துரையாடலில், H⁺ மற்றும் OH⁻ அயனிகளின் செறிவுகளையும் பல்வேறு கரைசல்களின் pH மதிப்பையும் கணக்கிட இந்தக் கருத்துருக்களை எவ்வாறு பயன்படுத்தலாம் என்பதை விளக்கும் பல எடுத்துக்காட்டுக் கணக்குகளை நாம் பார்த்துள்ளோம். உயர்நிலைப் பள்ளி அல்லது உயர் கல்வி மட்டத்தில் வேதியியலில் ஒரு தொழிலைத் தொடரும் எவருக்கும் இந்தக் கோட்பாட்டைப் புரிந்துகொள்வது இன்றியமையாதது.