நல்லியல்பு வாயு விதி

பாயில் விதி, சார்லஸ் விதி மற்றும் கே-லுசாக் விதி போன்ற வாயு விதிகள் எல்லா வாயு நிலைகளுக்கும் பொருந்தாது, எனவே நமது பகுப்பாய்வு மிகவும் கடினமாகிறது. ஆகையால், இலட்சிய வாயு மாதிரி முன்வைக்கப்பட்டது. இலட்சிய வாயு அன்றாட வாழ்வில் இருப்பதில்லை; பகுப்பாய்வை எளிதாக்குவதற்கு இலட்சிய வாயு ஒரு மிகச் சரியான வடிவமாகும். இந்த இலட்சிய வாயு கருத்தின் இருப்பு, வாயுவின் மூன்று விதிகளுக்கு இடையிலான உறவை மீளாய்வு செய்வதற்கும் நமக்கு மிகவும் உதவுகிறது.

வெப்பநிலை, கன அளவு மற்றும் வாயு அழுத்தம் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தொடர்பு

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

P ₁ = ஆரம்ப அழுத்தம் (Pa அல்லது N/m ² ), P ₂ = இறுதி அழுத்தம் (Pa அல்லது N/m ² ), V ₁ = ஆரம்ப கன அளவு (m ³ ), V ₂ = இறுதி கன அளவு (m 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

ரப்பர் பலூனில் எவ்வளவு அதிகமாகக் காற்று நிரப்பப்படுகிறதோ, அந்த அளவுக்கு பலூன் உப்புகிறது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், வாயுவின் நிறை அதிகமாக இருந்தால், பலூனின் கன அளவும் அதிகமாக இருக்கும். வாயுவின் நிறை (m) அதன் கன அளவிற்கு (V) நேர் விகிதத்தில் உள்ளது என்று நாம் கூறலாம்.

மோல்களின் எண்ணிக்கை (n)

1 மோல் என்பது ஒரு பொருளின் நிறை, அதன் மூலக்கூறு நிறைக்குச் சமம். நிறையும் மூலக்கூறு ஆக்ஸிஜன் நிறையும் வெவ்வேறானவை.

எடுத்துக்காட்டு 1, ஆக்சிஜன் மூலக்கூறு நிறை (O₂ ₎ = 16 u + 16 u = 32 u (ஒவ்வொரு ஆக்சிஜன் மூலக்கூறிலும் 2 ஆக்சிஜன் அணுக்கள் உள்ளன, இங்கு ஒவ்வொரு ஆக்சிஜன் அணுவின் நிறையும் 16 u ஆகும்). எனவே, 1 மோல் O₂- _{ன் நிறை 32 கிராம் ஆகும். அல்லது O₂-} ன் மூலக்கூறு நிறை = 32 கிராம் / மோல் = 32 கி.கி/கி.மோல்.

எடுத்துக்காட்டு 2, கார்பன் மோனாக்சைடு வாயுவின் (CO) மூலக்கூறு நிறை = 12 u + 16 u = 28 u (கார்பன் மோனாக்சைடின் ஒவ்வொரு 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 ஆனது ₄₄ கிராம் நிறையைக் கொண்டுள்ளது. அல்லது CO2-இன் மூலக்கூறு நிறை ₌ 44 கிராம்/மோல் = 44 கி.கி/கிமோல்.

ஒரு பொருளின் மோல்களின் எண்ணிக்கை (n) = அப்பொருளின் நிறைக்கும் அதன் மூலக்கூறு நிறைக்கும் உள்ள விகிதம். கணிதரீதியாக:

கேள்வி 1:

_{64 கிராம் O₂} இல் உள்ள மோல்களின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுங்கள்.

O2 _நிறை = 64 கிலோகிராம்

_O₂- வின் மூலக்கூறு நிறை = 32 கிராம்/மோல்

கேள்வி 2 :

280 கிராம் CO₂-இல் உள்ள மோல்களின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுங்கள்.

CO நிறை = 280 கிராம்

CO-வின் மூலக்கூறு நிறை = 28 கிராம்/மோல்

கேள்வி 3 :

176 கிராம் CO₂-இல் உள்ள மோல்களின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுங்கள்_.

CO2 _நிறை = 176 கிராம்

_CO₂- இன் மூலக்கூறு நிறை = 44 கிராம்/மோல்

உலகளாவிய வாயு மாறிலிகள் (R)

விஞ்ஞானிகளின் ஆய்வின்படி, ஒரு பொருளின் அளவை மோல்களின் எண்ணிக்கையைக் (n) கொண்டு வெளிப்படுத்தினால், ஒவ்வொரு வாயுவிற்கும் உள்ள ஒப்பீட்டு மாறிலி ஒரே மதிப்பைக் கொண்டிருக்கும் என்று கண்டறியப்பட்டுள்ளது. அந்த 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 (மோல்களின் எண்ணிக்கையில்)

மோல்களின் எண்ணிக்கை (n) மற்றும் பொது வாயு மாறிலிகளை (R) உள்ளிடுவதன் மூலம் மேற்கண்ட ஒப்பீட்டை சமன்பாடுகளாக மாற்றலாம்.

PV = n RT

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

P = வாயு அழுத்தம் (N/ ^m² )

V = வாயுவின் கன அளவு ( ^மீ³ )

n = மோல்களின் எண்ணிக்கை (மோல்)

R = சர்வ வாயு மாறிலிகள் (R = 8.315 J/mol. K)

T = வாயுவின் தனி வெப்பநிலை (K)

கணக்கைத் தீர்க்கும்போது, ​​நீங்கள் STP என்ற சொல்லைக் காண்பீர்கள். STP என்பது திட்ட வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தம் ஆகும்.

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 அளவிடும் அழுத்தமாக இருந்தால், முதலில் அதை முழுமையான அழுத்தமாக மாற்றவும். முழுமையான அழுத்தம் = வளிமண்டல அழுத்தம் + அளவிடும் அழுத்தம். அறியப்பட்ட அழுத்தம் வளிமண்டல அழுத்தமாக இருந்தால் (அளவிடும் அழுத்தம் இல்லை), கணக்கைத் தீர்க்கவும்.

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.

தீர்வு

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

கேள்வி 2 :

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

தீர்வு

கேள்வி 3 :

திட்ட வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் (STP) ஆக்சிஜன் வாயுவின் கன அளவு 20 மீ³ ஆகும் ^. ஆக்சிஜன் வாயுவின் நிறையைக் கணக்கிடுங்கள்.

தீர்வு

திட்ட வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் (STP ) 1 மோல் வாயுவின் கன அளவு = 22.4 லிட்டர் = 22.4 dm³ ⁼ 22.4 x 10⁻³ ^m³ ( 22.4 x 10⁻³ ^{m³ / மோல்} )

திட்ட வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் (STP) ஆக்சிஜன் வாயுவின் கன அளவு = 20 ^மீ³

ஆக்சிஜன் மூலக்கூறுகளின் நிறை = 32 கிராம் / மோல் (1 மோல் ஆக்சிஜனின் நிறை = 32 கிராம்). எனவே, ஆக்சிஜன் வாயுவின் நிறை:

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

நிறை = (893 மோல்) x (32 கிராம் / மோல்) = 28576 கிராம் = 28.576 கிலோகிராம்

கேள்வி 4 :

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

தீர்வு

P = P atm + P measured = (1 x 10 ⁵ N/m ² ) + (20 x 10 ⁵ N/m ² ) = 21 x 10 ⁵ N/m ²

T = 20 ^o C + 273 = 293 K

^{V = 4 லிட்டர் =} 4 dm³ ⁼ 4 x ^10⁻³ m³

R = 8.315 J/mol. K = 8.315 Nm/mol. K

ஆக்ஸிஜனின் மூலக்கூறு நிறை = 32 கி.கி/கிமோல் = 32 கிராம்/ மோல்

O ₂ நிறை ?

நல்லியல்பு வாயு விதி (மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையில்)

ஒரு பொருளின் அளவை நிறை (m) வடிவில் கூறாமல், மோல்களின் எண்ணிக்கை (n) வடிவில் கூறினால், பொது வாயு மாறிலி (R) அனைத்து வாயுக்களுக்கும் பொருந்தும். இது முதன்முதலில் இத்தாலிய விஞ்ஞானியான அமடியோ அவோகாட்ரோ (1776-1856) என்பவரால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது.

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

அவகாட்ரோ கருதுகோள் என்பது, R என்ற மாறிலி அனைத்து வாயுக்களுக்கும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும் என்ற உண்மையுடன் தொடர்புடையது. இதோ சில நிரூபணங்கள்:

முதலில், நல்லியல்பு வாயு விதிச் சமன்பாட்டை (PV = nRT) பயன்படுத்தி நாம் இந்தச் சிக்கலைத் தீர்த்தால், மோல்களின் எண்ணிக்கை (n) சமமாக இருக்கும்போது,

அழுத்தமும் வெப்பநிலையும் ஒரே மாதிரியாக இருந்தால், நாம் பொது வாயு மாறிலி R = 8.315 J / mol. K) ஐப் பயன்படுத்தினால், எல்லா வாயுக்களின் கன அளவும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும். திட்ட வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் (STP), ஒரே எண்ணிக்கையிலான மோல்களை (n) கொண்ட எந்தவொரு வாயுவும் ஒரே 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. இது 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.

அளவீட்டின் மூலம் பெறப்பட்ட அவகாட்ரோ எண்:

NA = 6.02 x ^10²³ மூலக்கூறுகள் / மோல்

மொத்த மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையை (N) பெற, ஒரு மோலுக்கான மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையை (N _A ) மோல்களின் எண்ணிக்கையால் (n) பெருக்கவும்.

மொத்த மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை (N) = ஒரு மோலுக்கான மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை (N _A ) x மோல்களின் எண்ணிக்கை (n)

P = அழுத்தம், V = கன அளவு, N = மொத்த மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை, k = போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி (k = 1.38 x 10⁻²³ J / K), T = வெப்பநிலை

தொகுதி அலகுகள்

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

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

அழுத்தம் அலகுகள்

1 N/m ² = 1 Pa

1 atm = 1.013 x 10⁵ ^N /m² ⁼ 1.013 x 10⁵ ^Pa = 1.013 x 10² ^kPa = 101.3 kPa (பொதுவாக 101 kPa பயன்படுத்தப்படுகிறது)

Pa = பாஸ்கல்

atm = வளிமண்டலம்