வேதியியல் சமநிலையைப் பற்றி விவாதிக்கும் எடுத்துக்காட்டுக் கேள்விகள்
வேதிச் சமநிலை என்பது வேதியியலில் ஒரு முக்கியமான கருத்தாகும். இது, ஒரு வேதி வினையில் முன்னோக்கிய மற்றும் பின்னோக்கிய வினைகளின் விகிதங்கள் சமமாக இருக்கும் ஒரு நிலையை விவரிக்கிறது. இந்த நிலையில், வினைபடுபொருள்கள் மற்றும் விளைபொருள்களின் செறிவுகள் மாறாமல் இருக்கும். வேதிச் சமநிலை என்ற கருத்தைப் புரிந்துகொள்ள உதவும் வகையில், இந்தக் கட்டுரை பல எடுத்துக்காட்டுக் கணக்குகளையும் அவற்றின் தீர்வுகளையும் வழங்கும்.
வேதியியல் சமநிலையின் அடிப்படைக் கருத்துக்கள்
ஒரு வேதிவினை மீள்வினையாகவோ அல்லது இரு திசைகளிலும் நிகழக்கூடியதாக இருக்கும்போது வேதிச் சமநிலை ஏற்படுகிறது. ஒரு மீள்வினையை பின்வருமாறு குறியீடாகக் குறிப்பிடலாம்:
\[ \text{aA} + \text{bB} \rightleftharpoons \text{cC} + \text{dD} \]
எங்கே:
– A மற்றும் B ஆகியவை வினைபடு பொருள்கள் ஆகும்.
– C மற்றும் D ஆகியவை பெருக்கற்பலன்கள் ஆகும்.
– a, b, c மற்றும் d ஆகியவை ஒவ்வொரு பொருளின் விகிதவியல் குணகங்கள் ஆகும்.
சமநிலை எட்டப்படும்போது, முன்னோக்கு வினையின் (விளைபொருட்களை உருவாக்கும்) வீதமானது, பின்னோக்கு வினையின் (வினைபடுபொருட்களை உருவாக்கும்) வீதத்திற்குச் சமமாக இருக்கும். இந்த நிலையில், வினை தொடர்ந்து இயங்குநிலையில் இருந்தாலும், அனைத்துப் பொருட்களின் செறிவுகளும் மாற்றமின்றி அப்படியே இருக்கும்.
சமநிலை மாறிலி (K)
மேற்கண்ட வினைக்கான சமநிலை மாறிலி \(K_c\) ஐ பின்வருமாறு வெளிப்படுத்தலாம்:
\[ K_c = \frac{{[\text{C}]^c [\text{D}]^d}}{{[\text{A}]^a [\text{B}]^b}} \]
இங்கு [X] என்பது X என்ற பொருளின் மோலார் செறிவாகும். வாயு சமநிலையில் பகுதி அழுத்தங்களைப் பயன்படுத்தும்போது, சமநிலை மாறிலி \(K_p\) என வெளிப்படுத்தப்படுகிறது.
வேதியியல் சமநிலை எடுத்துக்காட்டு கேள்விகள்
கேள்வி 1: செறிவுத் தரவுகளுடனான வினைகள்
1 மோல் N₂ மற்றும் 3 மோல் H₂ ஆகியவை ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் 1-லிட்டர் கொள்கலனில் வைக்கப்படுகின்றன. வினை பின்வருமாறு நடைபெறுகிறது:
\[ \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
சமநிலை அடைந்த பிறகு, 0,8 மோல் N₂ காணப்படுகிறது. சமநிலை மாறிலி \(K_c\)-ஐக் கணக்கிடுக.
கலந்துரையாடல்:
1. செறிவில் ஏற்படும் மாற்றத்தைக் கண்டறியவும்:
ஆரம்பத்தில், மோல்களின் எண்ணிக்கை:
– \([\text{N}_2]_{initial} = 1 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{H}_2]_{initial} = 3 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{NH}_3]_{initial} = 0 \, \text{mol/L}\]
சமநிலையில், மோல்களின் எண்ணிக்கை:
– \([\text{N}_2] = 0,8 \, \text{mol/L}\]
N₂ இல் மாற்றம் = 1 – 0,8 = 0,2 மோல்/லி
2. மாற்றங்களின் ஸ்டோக்கியோமெட்ரி:
\[
\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g)
\]
எனவே, H₂ மற்றும் NH₃-க்கான மாற்றங்கள்:
– \([\text{H}_2] = 3 \cdot 0,2 = 0,6 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{NH}_3] = 2 \cdot 0,2 = 0,4 \, \text{mol/L}\]
மோல் சமநிலை:
– \([\text{H}_2] = 3 – 0,6 = 2,4 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{NH}_3] = 0 + 0,4 = 0,4 \, \text{mol/L}\]
3. \(K_c\)-ஐக் கணக்கிடுக:
\[
K_c = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3}
\]
மதிப்புகளைப் பிரதியிடவும்:
– \([\text{NH}_3] = 0,4 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{N}_2] = 0,8 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{H}_2] = 2,4 \, \text{mol/L}\]
\[
K_c = \frac{(0,4)^2}{(0,8)(2,4)^3}
\]
\[
= \frac{0,16}{0,8 \cdot 13,824}
\]
\[
= \frac{0,16}{11,0592}
தோராயமாக 0,0145
\]
கேள்வி 2: செறிவில் ஏற்படும் மாற்றங்களின் விளைவு
ஒரு மூடிய கொள்கலனில், ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு N₂O₄(g) வாயு, 2NO₂(g) ஆகச் சிதைவடைகிறது. ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில், சமநிலை மாறிலி \(K_c\) 0,36 ஆகும். N₂O₄(g)-இன் ஆரம்பச் செறிவு 1,0 M ஆகவும், தொடக்கத்தில் NO₂(g) வாயு இல்லாமலும் இருந்தால், சமநிலையில் NO₂(g)-இன் செறிவைக் கணக்கிடுக.
கலந்துரையாடல்:
1. ICE அட்டவணையைப் பயன்படுத்துதல்:
\[
\begin{align }
வினை: & N₂O₄(g) → 2NO₂(g)
\text{ஆரம்பம்:} & \ \ [\text{N}_2\text{O}_4]_{0} = 1.0 \, \text{M}, \ [\text{NO}_2]_{0} = 0 \\
மாற்றம்: & \\ [\text{N}_2\text{O}_4]_{eq} = 1.0 – x, [\text{NO}_2]_{eq} = 2x \\
\end{align }
\]
2. \(K_c\) உடன் இணைத்தல்:
\[
K_c = \frac{[\text{NO}_2]^2}{[\text{N}_2\text{O}_4]}
= \frac{(2x)^2}{1.0 – x}
= \frac{4x^2}{1 – x}
\]
3. x-ஐக் கண்டறியவும்:
\[
K_c = 0,36
\]
ஆகவே, பதிலீடு:
\[
0,36 = \frac{4x^2}{1 – x}
\]
குறுக்குப் பெருக்கல்:
\[
0,36(1 – x) = 4x^2
\]
\[
0,36 – 0,36x = 4x^2
\]
அனைத்தையும் ஒரு பக்கமாக நகர்த்தவும்:
\[
4x^2 + 0,36x – 0,36 = 0
\]
4. இருபடிச் சமன்பாடுகளைத் தீர்த்தல்:
இருபடிச் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தவும்:
\[
x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 – 4ac}}{2a}
\]
a = 4, b = 0,36 மற்றும் c = -0,36 எனில்:
\[
x = \frac{-0,36 \pm \sqrt{(0,36)^2 – 4(4)(-0,36)}}{2(4)}
\]
\[
x = \frac{-0,36 \pm \sqrt{0,1296 + 5,76}}{8}
\]
\[
x = \frac{-0,36 \pm \sqrt{5,8896}}{8}
\]
செறிவு எதிர்மறையாக இருக்க முடியாது என்பதால், நாம் நேர்மறை மூலத்தைத் தேர்ந்தெடுக்கிறோம்:
\[
x ≈ 0,36
\]
5. NO₂ செறிவு:
\[
[\text{NO}_2]_{eq} = 2x = 2 \cdot 0,36 = 0,72 \, \text{M}
\]
முடிவுரை
ஒரு வேதி அமைப்பு குறிப்பிட்ட சூழ்நிலைகளில் எவ்வாறு வினைபுரியும் என்பதைக் கணிப்பதற்கு, வேதிச் சமநிலையைப் புரிந்துகொள்வது மிக முக்கியம். பயிற்சி மற்றும் முழுமையான புரிதலுடன், இந்தக் கருத்து சம்பந்தப்பட்ட சிக்கல்களை நம்மால் தீர்க்கவும், ஒரு அமைப்பின் இறுதி நிலையை விவரிக்கவும், ஒரு மூடிய அமைப்பில் நிகழும் வேதி வினைகளின் இயக்கவியலைப் புரிந்துகொள்ளவும் முடியும். சமநிலை மாறிலியை (K_c) அறிந்துகொண்டு பயன்படுத்துவது, சமநிலையில் உள்ள ஒரு அமைப்பில் இருக்கும் அனைத்து இனங்களின் செறிவுகளையும் கணிப்பதை எளிதாக்கும்.
