நல்லியல்பு வாயு விதி (ஒரு நல்லியல்பு வாயுவின் நிலைச் சமன்பாடு)

நல்லியல்பு வாயு விதி (ஒரு நல்லியல்பு வாயுவின் நிலைச் சமன்பாடு) பற்றிய கட்டுரை

பாயில் விதி, சார்லஸ் விதி மற்றும் கே-லுசாக் விதி உள்ளிட்ட வாயு விதிகள் , எல்லா வாயு நிலைகளுக்கும் பொருந்தாது என்பதால், நமது பகுப்பாய்வு மிகவும் கடினமாகிறது. பகுப்பாய்வை எளிதாக்குவதற்காக, ஒரு இலட்சிய வாயுவின் மாதிரி உருவாக்கப்படுகிறது. இலட்சிய வாயுக்கள் அன்றாட வாழ்வில் இருப்பதில்லை; அவை பகுப்பாய்வை எளிதாக்குவதற்காக உருவாக்கப்பட்ட பரிபூரண வடிவங்கள் மட்டுமே. இலட்சிய வாயு என்ற கருத்து, மூன்று வாயு விதிகளுக்கு இடையிலான உறவை ஆராய்வதிலும் நமக்கு பெரிதும் உதவுகிறது.

ஒரு வாயுவின் வெப்பநிலை, கன அளவு மற்றும் அழுத்தம் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தொடர்பு

மேற்கண்ட மூன்று வாயு விதிகளைக் கொண்டு, ஒரு வாயுவின் வெப்பநிலை, கன அளவு மற்றும் அழுத்தம் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான ஒரு பொதுவான தொடர்பை நாம் வருவிக்கலாம்.

சமன்பாடு 1, சமன்பாடு 2 மற்றும் சமன்பாடு 3 ஆகியவற்றை ஒன்றாக இணைத்தால், அது பின்வருமாறு அமையும்: PV ∝ T → விகிதம் 4

இந்த விகிதம், அழுத்தம் (P) மற்றும் கன அளவு (V) ஆகியவை தனி வெப்பநிலைக்கு (T) நேர் விகிதத்தில் இருக்கும் என்று கூறுகிறது.

இதற்கு நேர்மாறாக, கன அளவு (V) அழுத்தத்திற்கு (P) நேர்மாறு விகிதத்தில் உள்ளது.

விகிதம் 4 பின்வரும் சமன்பாடாக மாற்றப்படுகிறது:

தகவல்:

P ₁ = ஆரம்ப அழுத்தம் (Pa அல்லது N/m ² )

P ₂ = இறுதி அழுத்தம் (Pa அல்லது N/m ² )

V ₁ = ஆரம்ப கன அளவு (மீ ³ )

V ₂ = இறுதி கன அளவு (மீ ³ )

T ₁ = ஆரம்ப வெப்பநிலை (K)

T ₂ = இறுதி வெப்பநிலை (K)

(Pa = பாஸ்கல், N = நியூட்டன், m² ⁼ சதுர மீட்டர், m³ ⁼ கன மீட்டர், K = கெல்வின்)

வாயுவின் நிறை (m) மற்றும் கனஅளவு (V) ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தொடர்பு

ஒரு வெப்பக் காற்று பலூனை ஊதும்போது, ​​உள்ளிழுக்கப்படும் காற்றின் அளவு அதிகரிக்க அதிகரிக்க, அது மேலும் விரிவடைகிறது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், வாயுவின் நிறை அதிகரிக்க அதிகரிக்க, பலூனின் கனஅளவும் அதிகரிக்கும். வாயுவின் நிறை (m) அதன் கனஅளவிற்கு (V) நேர் விகிதத்தில் உள்ளது என்று நாம் கூறலாம். கணிதரீதியாக:

V ∝ m → விகிதம் 5

சமன்பாடு 4-ஐ சமன்பாடு 5 உடன் இணைத்தால்:

PV ∝ mT → ஒப்பீடு 6

மோல்களின் எண்ணிக்கை (n)

1 மோல் = ஒரு பொருளின் மூலக்கூறு நிறைக்குச் சமமான அதன் நிறை. மூலக்கூறு நிறையும் நிறையும் வெவ்வேறானவை.

எடுத்துக்காட்டு 1, ஆக்சிஜன் வாயுவின் (O₂) மூலக்கூறு நிறை ₌ 16 u + 16 u = 32 u (ஒவ்வொரு ஆக்சிஜன் மூலக்கூறிலும் 2 ஆக்சிஜன் அணுக்கள் உள்ளன, இங்கு ஒவ்வொரு ஆக்சிஜன் அணுவும் 16 u நிறையைக் கொண்டுள்ளது). எனவே, 1 மோல் O₂ ஆனது _{32 கிராம் நிறையைக் கொண்டுள்ளது. அல்லது O₂-} இன் மூலக்கூறு நிறை = 32 கிராம்/மோல் = 32 கி.கி/கி.மோல்.

எடுத்துக்காட்டு 2, கார்பன் மோனாக்சைடு வாயுவின் (CO) மூலக்கூறு நிறை = 12 u + 16 u = 28 u (ஒவ்வொரு கார்பன் மோனாக்சைடு மூலக்கூறிலும் 1 கார்பன் அணு (C) மற்றும் 1 ஆக்ஸிஜன் அணு (O) உள்ளன. 1 கார்பன் அணுவின் நிறை = 12 u மற்றும் 1 ஆக்ஸிஜன் அணுவின் நிறை = 16 u. 12 u + 16 u = 28 u). எனவே, 1 மோல் CO-வின் நிறை 28 கிராம் ஆகும். அல்லது CO-வின் மூலக்கூறு நிறை = 28 கிராம்/மோல் = 28 கி.கி/கிமோல்.

எடுத்துக்காட்டு 3, கார்பன் டை ஆக்சைடு வாயுவின் (CO₂) மூலக்கூறு நிறை ₌ [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (ஒவ்வொரு கார்பன் டை ஆக்சைடு மூலக்கூறிலும் 1 கார்பன் அணு (C) மற்றும் 2 ஆக்ஸிஜன் அணுக்கள் (O) உள்ளன. 1 கார்பன் அணுவின் நிறை = 12 u மற்றும் 1 ஆக்ஸிஜன் அணுவின் நிறை = 16 u). எனவே, 1 மோல் CO₂-ன் _{நிறை 44 கிராம் ஆகும். அல்லது CO₂-} ன் மூலக்கூறு நிறை = 44 கிராம்/மோல் = 44 கி.கி/கிமோல்.

ஒரு பொருளின் மோல்களின் எண்ணிக்கை (n) என்பது அப்பொருளின் நிறைக்கும் அதன் மூலக்கூறு நிறைக்கும் உள்ள விகிதமாகும். கணிதரீதியாக இவ்வாறு எழுதப்படுகிறது:

எடுத்துக்காட்டு 1: 64 கிராம் O-வில் உள்ள மோல்களின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுங்கள்.₂

O2-வின் நிறை ₌ 64 கிலோகிராம்

எடுத்துக்காட்டு 2: 280 கிராம் CO₂-இல் உள்ள மோல்களின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுக.

CO-வின் நிறை = 280 கிராம்

எடுத்துக்காட்டு 3: 176 கிராம் CO₂-இல் உள்ள மோல்களின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுக.₂

CO ₂ இன் நிறை = 176 கிராம்

உலகளாவிய வாயு மாறிலி (R)

விஞ்ஞானிகள் நடத்திய ஆராய்ச்சியின் அடிப்படையில், ஒரு பொருளின் அளவைக் குறிக்க மோல்களின் எண்ணிக்கை (n) பயன்படுத்தப்படும்போது, ​​ஒவ்வொரு வாயுவிற்கும் விகித மாறிலி ஒரே மதிப்பைக் கொண்டுள்ளது என்பது கண்டறியப்பட்டது. இங்கு குறிப்பிடப்படும் அந்த விகித மாறிலியே பொது வாயு மாறிலி (R) ஆகும்.

R = 8,315 J/mol.K

= 8315 kJ/kmol.K

= 0,0821 (L.atm) / (mol.K)

= 1,99 கலோரி / மோல். K

(J = ஜூல், K = கெல்வின், L = லிட்டர், atm = வளிமண்டலம், cal = கலோரி)

நல்லியல்பு வாயு விதி (மோல்களில்)

மோல்களின் எண்ணிக்கை (n) மற்றும் பொது வாயு மாறிலி (R) ஆகியவற்றை உள்ளிடுவதன் மூலம், மேற்கண்ட ஒப்பீட்டை ஒரு சமன்பாடாக மாற்றலாம்.

பிவி = என்ஆர்டி

இந்தச் சமன்பாடு நல்லியல்பு வாயு விதி அல்லது நல்லியல்பு வாயு நிலைச் சமன்பாடு என்று அழைக்கப்படுகிறது.

தகவல்:

P = வாயு அழுத்தம் (N/ ^m² )

V = வாயுவின் கன அளவு ( ^மீ³ )

n = மோல்களின் எண்ணிக்கை (mol)

R = சர்வ வாயு மாறிலி (R = 8,315 J/mol.K)

T = வாயுவின் தனி வெப்பநிலை (K)

சிக்கல்களைத் தீர்க்கும்போது, ​​நீங்கள் STP என்ற சொல்லை எதிர்கொள்வீர்கள். STP என்பது நிலையான வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தம் (Standard Temperature and Pressure) என்பதன் சுருக்கமாகும்.

நிலையான வெப்பநிலை (T) = 0 ^° C = 273 K

நிலையான அழுத்தம் (P) = 1 atm = 1,013 x 10⁵ ^N /m² ⁼ 1,013 x 10² ^kPa = 101 kPa

வாயு விதி கணக்குகளைத் தீர்க்கும்போது, ​​வெப்பநிலையை கெல்வின் (K) அளவுகோலில் குறிப்பிட வேண்டும்.

வாயு அழுத்தம் இன்னும் அளவீட்டு அழுத்தமாக இருந்தால், முதலில் அதை முழுமையான அழுத்தமாக மாற்றவும்.

முழுமையான அழுத்தம் = வளிமண்டல அழுத்தம் + அளவீட்டு அழுத்தம் (வளிமண்டல அழுத்தம் = வெளிப்புறக் காற்றின் அழுத்தம்)

அறியப்பட்டது வளிமண்டல அழுத்தம் என்றால் (அளவீட்டு அழுத்தம் இல்லை), சிக்கலை நேரடியாகத் தீர்க்கவும்.

உதாரணக் கேள்வி 1:

வளிமண்டல அழுத்தத்தில் (101 kPa), கார்பன் டை ஆக்சைடு வாயுவின் வெப்பநிலை 20 ^° C மற்றும் அதன் கன அளவு 2 லிட்டர் ஆகும். அழுத்தம் 201 kPa ஆக மாற்றப்பட்டு, வெப்பநிலை 40 ^° C ஆக அதிகரிக்கப்பட்டால், கார்பன் டை ஆக்சைடு வாயுவின் இறுதி கன அளவைக் கணக்கிடுங்கள்.

கலந்துரையாடல்

அறியப்பட்ட விஷயம் என்னவென்றால்:

P ₁ = 101 kPa

P ₂ = 201 kPa

T ₁ = 20 ^o C + 273 K = 293 K

T ₂ = 40 ^o C + 273 K = 313 K

V ₁ = 2 லிட்டர்

கேட்கப்பட்டது : வி ₂

பதில் :

உதாரணக் கேள்வி 2:

திட்ட வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் (STP) 2 மோல் வாயுவின் கன அளவைக் கண்டறியவும் (இந்த வாயு ஒரு இலட்சிய வாயு எனக் கருதுக).

கலந்துரையாடல்

நிலையான வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் (STP) 2 மோல் வாயுவின் கன அளவு 44,8 லிட்டர் ஆகும்.

உதாரணக் கேள்வி 3:

திட்ட வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் (STP) ஆக்சிஜன் வாயுவின் கன அளவு 20 மீ³ ஆகும் ^. ஆக்சிஜன் வாயுவின் நிறை என்ன?

கலந்துரையாடல்

ஆக்ஸிஜனின் மூலக்கூறு நிறை = 32 கிராம்/மோல் (1 மோல் ஆக்ஸிஜனின் நிறை = 32 கிராம்). எனவே, ஆக்ஸிஜன் வாயுவின் நிறை:

நிறை (m) = மோல்களின் எண்ணிக்கை (n) x மூலக்கூறு நிறை

நிறை = (893 மோல்கள்) x (32 கிராம்/மோல்) = 28576 கிராம் = 28,576 கிலோகிராம்

உதாரணக் கேள்வி 4:

ஒரு தொட்டியில் 4 லிட்டர் ஆக்சிஜன் வாயு (O₂) உள்ளது _. ஆக்சிஜன் வாயுவின் வெப்பநிலை 20 ^° C மற்றும் அளவிடப்பட்ட அழுத்தம் 20 x 10⁵ ^N /m² ^{ஆகும்} . ஆக்சிஜன் வாயுவின் நிறையைக் கண்டறியவும் (ஆக்சிஜனின் மூலக்கூறு நிறை = 32 kg/kmol = 32 கிராம்/மோல்).

கலந்துரையாடல்

நல்லியல்பு வாயு விதி (மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையில்)

ஒரு பொருளின் அளவை அதன் நிறையின் (m) அடிப்படையில் அல்லாமல், மோல்களின் எண்ணிக்கையின் (n) அடிப்படையில் வெளிப்படுத்தினால், பொது வாயு மாறிலி (R) அனைத்து வாயுக்களுக்கும் பொருந்தும். இதை முதன்முதலில் இத்தாலிய விஞ்ஞானியான அமெடியோ அவோகாட்ரோ (1776-1856) கண்டுபிடித்தார்.

ஒவ்வொரு வாயுவின் கன அளவு, அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை ஆகியவை சமமாக இருக்கும்போது, ​​ஒவ்வொரு வாயுவிலும் சம எண்ணிக்கையிலான மூலக்கூறுகள் இருக்கும் என்று அவகாட்ரோ கூறினார்.

தடித்த சாய்வு எழுத்துக்களில் உள்ள வாக்கியம் அவகாட்ரோவின் கருதுகோள் என்று அழைக்கப்படுகிறது. அவகாட்ரோவின் கருதுகோள் அல்லது ஊகம், R என்ற மாறிலி அனைத்து வாயுக்களுக்கும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும் என்ற உண்மையுடன் ஒத்துப்போகிறது. இதோ சில நிரூபணங்கள்:

முதலில் , நல்லியல்பு வாயு விதிச் சமன்பாட்டை (PV = nRT) பயன்படுத்தி இந்தக் கணக்கைத் தீர்த்தால், மோல்களின் எண்ணிக்கை (n) சமமாகவும், அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலையும் சமமாகவும் இருக்கும்போது, ​​சர்வளாவிய வாயு மாறிலியை (R = 8,315 J/mol.K) நாம் பயன்படுத்தினால், எல்லா வாயுக்களின் கன அளவும் சமமாக இருக்கும் என்பதைக் காண்போம். திட்ட வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் (STP), சமமான எண்ணிக்கையிலான மோல்களை (n) கொண்ட ஒவ்வொரு வாயுவும் சமமான கன அளவைக் கொண்டிருக்கும். திட்ட வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் (STP) 1 மோல் வாயுவின் கன அளவு = 22,4 லிட்டர். 2 மோல் வாயுவின் கன அளவு = 44,8 லிட்டர். 3 மோல் வாயுவின் கன அளவு = 67,2 லிட்டர். இப்படியே தொடரும்... இது எல்லா வாயுக்களுக்கும் பொருந்தும்.

இரண்டாவதாக , 1 மோலில் உள்ள மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை அனைத்து வாயுக்களுக்கும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும். 1 மோலில் உள்ள மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை = ஒரு மோலுக்கான மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை = அவகாட்ரோ எண் (NA ₎ . எனவே, அவகாட்ரோ எண் அனைத்து வாயுக்களுக்கும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும்.

அவகாட்ரோ எண்ணின் அளவு, அளவீடுகள் மூலம் பெறப்படுகிறது:

NA = 6,02 x ^10²³ மூலக்கூறுகள்/மோல்

மொத்த மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையை (N) பெறுவதற்கு, ஒரு மோலுக்கான மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையை (NA) மோல்களின் எண்ணிக்கையால் (n) பெருக்கலாம்.

இது மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையின் அடிப்படையில் அமைந்த நல்லியல்பு வாயு விதிச் சமன்பாடு ஆகும்.

தகவல்:

P = அழுத்தம்

V = தொகுதி

N = மொத்த மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை

k = போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி (k = 1,38 x 10 ^‐23 J/K)

T = வெப்பநிலை

தொகுதி

1 லிட்டர் (L) = 1000 மில்லிலிட்டர் (mL) = 1000 கன சென்டிமீட்டர் ( ^cm³ )

1 லிட்டர் (L) = 1 கன டெசிமீட்டர் (dm³ ^{) =} 1 x ^10⁻³ மீ³

அழுத்தம்

1 N/m ² = 1 Pa

1 atm = 1,013 x 10⁵ ^N /m² ⁼ 1,013 x 10⁵ ^Pa = 101,3 x 10² ^kPa = 101.3 kPa (பொதுவாக 101 kPa பயன்படுத்தப்படுகிறது)

Pa = பாஸ்கல்

atm = வளிமண்டலம்

ஒரு இலட்சிய வாயுவின் அக ஆற்றல்

ஒற்றை அணு நல்லியல்பு வாயுவின் அக ஆற்றல்

ஓரணு இலட்சிய வாயுவின் அக ஆற்றலானது, அந்த ஓரணு இலட்சிய வாயுவின் மூலக்கூறுகளின் இடப்பெயர்ச்சி இயக்க ஆற்றல்களின் மொத்தக் கூட்டுத்தொகையாகும். ஒரு இலட்சிய வாயுவின் மூலக்கூறுகளின் இடப்பெயர்ச்சி இயக்க ஆற்றல்களின் மொத்தக் கூட்டுத்தொகை = ஒவ்வொரு மூலக்கூறின் சராசரி இடப்பெயர்ச்சி இயக்க ஆற்றலை மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையால் (N) பெருக்கக் கிடைப்பதாகும். கணிதரீதியாக:

தகவல்:

U = ஒற்றை அணு நல்லியல்பு வாயுவின் அக ஆற்றல் (ஜூல்)

N = மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை

k = போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி (k = 1,38 x 10 ^‐23 J/K)

T = தனி வெப்பநிலை (K)

n = மோல்களின் எண்ணிக்கை (mol)

R = சர்வ வாயு மாறிலி (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)

ஈரணு இலட்சிய வாயுவில் உள்ள ஆற்றல்

ஒரு ஈரணு இலட்சிய வாயுவின் அக ஆற்றலானது, அந்த ஈரணு இலட்சிய வாயுவின் மூலக்கூறுகளின் நேர்கோட்டு இயக்க ஆற்றல், சுழற்சி இயக்க ஆற்றல் மற்றும் அதிர்வு இயக்க ஆற்றல் ஆகியவற்றின் கூட்டுத்தொகையாகும். ஆற்றல் சமப்பங்கீட்டுக் கொள்கையின்படி, ஒரு ஈரணு இலட்சிய வாயுவின் அக ஆற்றல்:

U = 5/2 n RT

பல் அணுக்கள் கொண்ட இலட்சிய வாயுவில் உள்ள ஆற்றல்

ஒரு பல்லணு இலட்சிய வாயுவின் அக ஆற்றலானது, அந்த வாயுவின் மூலக்கூறுகளின் நேர்கோட்டு இயக்க ஆற்றல், சுழற்சி இயக்க ஆற்றல் மற்றும் அதிர்வு இயக்க ஆற்றல் ஆகியவற்றின் கூட்டுத்தொகையாகும். ஆற்றல் சமப்பங்கீட்டுக் கொள்கையின்படி, ஒரு பல்லணு இலட்சிய வாயுவின் அக ஆற்றல்:

U = 7/2 n RT

உண்மையான எரிவாயுவில் உள்ள ஆற்றல்

ஒரு உண்மையான வாயுவில் உள்ள ஆற்றல் வெப்பநிலையையும் சார்ந்துள்ளது. ஒரு உண்மையான வாயுவின் அழுத்தம் போதுமான அளவு அதிகமாக இருக்கும்போது (அதாவது, அதன் கன அளவு குறைவாக இருக்கும்போது), அந்த வாயு இயல்புக்கு மாறான பண்பை வெளிப்படுத்தத் தொடங்குகிறது. எனவே, ஒரு உண்மையான வாயுவில் உள்ள ஆற்றல், அழுத்தம் மற்றும் கன அளவையும் சார்ந்துள்ளது என்று கூறலாம்.