வேதியியல் இயக்கவியல் குறித்த எடுத்துக்காட்டுக் கேள்விகள்

வேதியியல் இயக்கவியல் கலந்துரையாடல் கேள்விகளுக்கான எடுத்துக்காட்டு

வேதி இயக்கவியல் என்பது வேதி வினைகளின் விகிதங்களையும், அவற்றை பாதிக்கும் காரணிகளையும் பற்றிப் படிக்கும் வேதியியலின் ஒரு பிரிவாகும். திறமையான தொழில்துறை செயல்முறைகளை உருவாக்குவதற்கும், உயிரினங்களில் நிகழும் பல்வேறு உயிர்வேதியியல் வினைகளைப் புரிந்துகொள்வதற்கும், வேதியியல் விஞ்ஞானிகளுக்கும் பொறியாளர்களுக்கும் வேதி இயக்கவியலைப் பற்றிய முழுமையான புரிதல் அவசியமாகும். இக்கட்டுரை, இத்தலைப்பைப் பற்றிய ஆழமான புரிதலை வழங்குவதற்காக, வேதி இயக்கவியல் தொடர்பான பல எடுத்துக்காட்டுக் கணக்குகளையும் அவற்றின் தீர்வுகளையும் விவாதிக்கும்.

எடுத்துக்காட்டுக் கேள்வி 1: வினை வரிசையைத் தீர்மானித்தல்

கேள்வி:
ஒரு வினை பின்வரும் பொதுவான வினைவேகச் சமன்பாட்டைக் கொண்டுள்ளது:
\[ R = k[A]^m[B]^n \]

எங்கே:
– \( R \) என்பது வினை வீதம்,
– \( k \) என்பது வீத மாறிலி,
– \([A] \) மற்றும் \([B]\) என்பன வினைபடுபொருள்கள் A மற்றும் B ஆகியவற்றின் செறிவுகள் ஆகும்.
– \( m \) மற்றும் \( n \) என்பன A மற்றும் B-ஐப் பொறுத்த வினை வரிசைகள் ஆகும்.

பின்வரும் செறிவு மாறுபாடுகளுடன் இந்தச் சோதனை மேற்கொள்ளப்பட்டது என்பது அறியப்படுகிறது:

| சோதனை | \([A]\) (மோல்/லி) | \([B]\) (மோல்/லி) | வினை வீதம் (மோல்/(லி)) |
|————–|——————-|——————–|————————|
| 1 | 0,10 | 0,20 | 0,030 |
| 2 | 0,10 | 0,40 | 0,060 |
| 3 | 0,20 | 0,20 | 0,120 |

A மற்றும் B-ஐப் பொறுத்த வினை வரிசையையும், வினை மாறிலி \( k \)-இன் மதிப்பையும் கண்டறியவும்.

கலந்துரையாடல்:
A மற்றும் B-ஐப் பொறுத்தவரை வினை வரிசையைத் தீர்மானிக்க, வெவ்வேறு செறிவு மாறுபாடுகளுடனான வினை வேகங்களை நாம் ஒப்பிட வேண்டும்.

முதலில், பரிசோதனைகள் 1 மற்றும் 2-ஐ ஒப்பிடுவதன் மூலம், B-ஐப் பொறுத்த வினை வரிசையை நாம் தீர்மானிக்கிறோம்:
\[ \frac{\text{R2}}{\text{R1}} = \frac{k[A]^m [B_2]^n}{k[A]^m [B_1]^n} \]
\[ \frac{0,060}{0,030} = \frac{[0,10]^m [0,40]^n}{[0,10]^m [0,20]^n} \]
\[ 2 = \left(\frac{0,40}{0,20}\right)^n \]
\[ 2 = 2^n \]
\[ n = 1 \]

B-ஐப் பொறுத்தவரை வினை வரிசை 1 ஆகும்.

அடுத்து, பரிசோதனைகள் 1 மற்றும் 3-ஐ ஒப்பிடுவதன் மூலம், A-ஐப் பொறுத்த வினை வரிசையை நாம் தீர்மானிக்கிறோம்:
\[ \frac{\text{R3}}{\text{R1}} = \frac{k[A_3]^m [B]^n}{k[A_1]^m [B]^n} \]
\[ \frac{0,120}{0,030} = \frac{[0,20]^m [0,20]^n}{[0,10]^m [0,20]^n} \]
\[ 4 = \left(\frac{0,20}{0,10}\right)^m \]
\[ 4 = 2^மீ \]
\[ மீ = 2 \]

A-ஐப் பொறுத்தவரை வினை வரிசை 2 ஆகும்.

எனவே, வினை வீதச் சமன்பாடு பின்வருமாறு:
\[ R = k[A]^2[B] \]

இப்போது நாம் வீத மாறிலி \( k \)-இன் மதிப்பைக் காண்போம். சோதனை 1-இலிருந்து தரவைப் பயன்படுத்தவும்:
\[ 0,030 = k[0,10]^2[0,20] \]
\[ 0,030 = k \times 0,01 \times 0,20 \]
\[ 0,030 = k \times 0,002 \]
\[ k = \frac{0,030}{0,002} \]
\[ k = 15 \ \text{L}^2/(\text{mol}^2 \cdot \text{s}) \]

எனவே, வீத மாறிலி \( k \) என்பது 15 L²/(mol²·s) ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டுக் கேள்வி 2: இரண்டாம் வரிசை வினையின் அரை ஆயுட்காலம்

கேள்வி:
வினை வீதச் சமன்பாட்டைக் கொண்ட ஒரு இரண்டாம் வரிசை வினை கொடுக்கப்பட்டுள்ளது:
\[ R = k[A]^2 \]
வினையின் வினைவேக மாறிலி (\( k \)) 0,5 L/(mol·s) ஆகும். வினைபடு பொருளின் \( [A]_0 \) ஆரம்பச் செறிவு 1 mol/L எனில், வினையின் அரை ஆயுட்காலத்தைக் காண்க.

கலந்துரையாடல்:
இரண்டாம் வரிசை வினைகளுக்கு, அரை ஆயுட்காலத்தை (\( t_{1/2} \)) பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:
\[ t_{1/2} = \frac{1}{k[A]_0} \]

தெரிந்த மதிப்புகளைப் பிரதியிடவும்:
\[ t_{1/2} = \frac{1}{0,5 \times 1} \]
\[ t_{1/2} = \frac{1}{0,5} \]
\[ t_{1/2} = 2 \ \text{s} \]

எனவே, 0,5 L/(mol·s) என்ற வினை மாறிலி மற்றும் 1 mol/L என்ற ஆரம்ப வினைபடு பொருளின் செறிவைக் கொண்ட ஒரு இரண்டாம் வரிசை வினையின் அரை ஆயுட்காலம் 2 வினாடிகள் ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டுக் கேள்வி 3: அர்ஹீனியஸ் சமன்பாட்டின் மூலம் கிளர்வு ஆற்றல்

கேள்வி:
ஒரு வினைக்கு இரண்டு வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் இரண்டு வெவ்வேறு வினை மாறிலிகள் உள்ளன:
– 300 K இல், வீத மாறிலி (\( k_1 \)) 0,2 L/(mol·s) ஆகும்.
– 350 K இல், வீத மாறிலி (\( k_2 \)) 0,4 L/(mol·s) ஆகும்.

அர்ஹீனியஸ் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி வினையின் கிளர்வு ஆற்றலை (\( E_a \)) கண்டறியவும்:
\[ k = A e^{-E_a/(RT)} \]

கலந்துரையாடல்:
அர்ஹீனியஸ் சமன்பாட்டை மடக்கை வடிவில் பின்வருமாறு எழுதலாம்:
\[ \ln k = \ln A – \frac{E_a}{RT} \]

இரண்டு வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் உள்ள இரண்டு வீத மாறிலித் தரவுகளைப் பயன்படுத்தி \( E_a \) ஐ நாம் தீர்மானிக்கலாம்:
இந்த இரண்டு நிபந்தனைகளுக்கும் இரண்டு சமன்பாடுகளை எழுதுவோம்:
\[ \ln k_1 = \ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_1} \]
\[ \ln k_2 = \ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_2} \]

இந்த இரண்டு சமன்பாடுகளையும் கழிப்பதன் மூலம்:
\[ \ln k_2 – \ln k_1 = \left(\ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_2}\right) – \left(\ln A – \frac{E_a}{R \cdot T_1}\right) \]
\[ \ln \left(\frac{k_2}{k_1}\right) = -\frac{E_a}{R} \left(\frac{1}{T_2} – \frac{1}{T_1}\right) \]

\( k_1 \), \( k_2 \), \( T_1 \), மற்றும் \( T_2 \) ஆகியவற்றின் மதிப்புகளைப் பிரதியிடவும்:
\[ \ln \left(\frac{0,4}{0,2}\right) = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{1}{350} – \frac{1}{300}\right) \]
\[ \ln (2) = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{1}{350} – \frac{1}{300}\right) \]
\[ 0,693 = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{300 – 350}{350 \cdot 300}\right) \]
\[ 0,693 = -\frac{E_a}{8,314} \left(\frac{-50}{105000}\right) \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{8,314} \left(\frac{1}{2100}\right) \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{17462850/2100} \]
\[ 0,693 = \frac{E_a}{8314} \]
\[ E_a = 0,693 \times 8314 \]
\[ E_a = 5761,842 \ \text{J/mol} \]

எனவே, இந்த வினைக்கான கிளர்வு ஆற்றல் (\( E_a \)) சுமார் 5761,842 J/mol அல்லது சுமார் 5,76 kJ/mol ஆகும்.

-

வேதியியல் இயக்கவியல் பற்றிய அறிவும், இது போன்ற சிக்கல்கள் குறித்த விவாதத்தைப் புரிந்துகொள்வதும் பல்வேறு துறைகளில், குறிப்பாக வேதியியல் தொழில் மற்றும் அறிவியல் ஆராய்ச்சியில் மிகவும் முக்கியமானவை. மேலே உள்ள எடுத்துக்காட்டுச் சிக்கலானது, வினை வரிசை, அரை ஆயுட்காலம் மற்றும் கிளர்வு ஆற்றல் ஆகியவற்றைக் கண்டறியும் முறைகளைப் பற்றிய புரிதலை வழங்குகிறது; இவை தொழில்நுட்ப வளர்ச்சிக்கும், வேதியியல் வினை வழிமுறைகளைப் பற்றிய ஆழமான புரிதலுக்கும் இன்றியமையாதவை.