مرحلے کی تبدیلیاں اہم درجہ حرارت ٹرپل پوائنٹ

مرحلے کے اہم درجہ حرارت کی تبدیلیوں کے بارے میں مضمون ٹرپل پوائنٹ

مثالی گیس قانون کی بحث میں، یہ وضاحت کی گئی ہے کہ مثالی گیس کا قانون حقیقی گیس کے رویے کو صرف اسی صورت میں بیان کرتا ہے جب حقیقی گیس کا دباؤ اور کثافت بہت زیادہ نہ ہو۔ اگر پریشر اور حقیقی گیس کی کثافت کافی زیادہ ہے، تو گیس کا مثالی قانون غلط نتائج فراہم کرتا ہے، اسی طرح، جب حقیقی گیس کا درجہ حرارت ابلتے ہوئے نقطہ کے قریب پہنچتا ہے۔ اس کا تعلق گیس کے حقیقی مالیکیولز کے درمیان ہونے والے تعامل سے ہے۔ گیس کا دباؤ گیس کے حجم کے الٹا متناسب ہے۔ جب گیس کا پریشر کافی بڑا ہو تو گیس کا حجم چھوٹا ہو جاتا ہے۔ گیس کا حجم کم ہونے کی وجہ سے گیس کے مالیکیولز کے درمیان فاصلہ قریب تر ہو جاتا ہے۔ جب مالیکیولز کے درمیان فاصلہ قریب ہو جاتا ہے تو مالیکیول ایک دوسرے کو اپنی طرف متوجہ کرتے ہیں۔ یہ ایسا ہی ہے جب آپ لوہے کا ٹکڑا مقناطیس پر رکھتے ہیں۔ اگر مقناطیس اور لوہے کے درمیان فاصلہ کافی ہو تو مقناطیس لوہے کو نہیں کھینچ سکتا۔ لیکن اگر مقناطیس اور لوہے کے درمیان فاصلہ قریب ہو تو لوہا قریب آ جاتا ہے۔

تو گیس کے مالیکیول مقناطیس کی طرح برتاؤ کرتے ہیں۔ جب مالیکیولز کے درمیان فاصلہ کافی قریب ہوتا ہے تو مالیکیول ایک ساتھ کھینچتے ہیں۔ کھینچنے والی قوت مالیکیولز کے درمیان فاصلے کو قریب لانے کا سبب بنتی ہے (گیس کا حجم چھوٹا ہو جاتا ہے)۔ عام طور پر، ایسا اس وقت ہوتا ہے جب گیس کا دباؤ کافی بڑا ہو (بڑا دباؤ، کم حجم۔ چھوٹا حجم، مالیکیولز کے درمیان فاصلہ قریب تر ہو رہا ہو)۔ لہذا، گیس کا مثالی قانون درست نتائج فراہم نہیں کرتا جب اصلی گیس کا دباؤ اور کثافت زیادہ ہو۔

پریشر کا خاکہ بمقابلہ پریشر والیوم

مندرجہ بالا مسئلہ کو بہتر طور پر سمجھنے کے لیے، آئیے خاکے کا جائزہ لیتے ہیں، جس میں گیس کے دباؤ اور حجم کے درمیان تعلق بیان کیا گیا ہے۔ منحنی خطوط 1، 2، 3 اور 4 مختلف درجہ حرارت پر ایک ہی گیس کے رویے کو ظاہر کرتے ہیں۔ وکر 1 میں دکھایا گیا گیس کا درجہ حرارت منحنی 2 سے زیادہ ہے۔ منحنی 2 میں دکھایا گیا گیس کا درجہ حرارت وکر 3 سے زیادہ ہے۔ وکر 3 میں دکھایا گیا گیس کا درجہ حرارت وکر 4 سے زیادہ ہے۔ وکر خاکہ کے بیچ میں سلیش ہے۔ گیس کا درجہ حرارت ہمیشہ طے ہوتا ہے، جو گیس کے صرف دباؤ (P) اور حجم (V) کو تبدیل کرتا ہے۔

گیس کے مثالی قانون کے مطابق، نمبر 1 سے شروع ہونے والی لائن نمبر 1 پر ختم ہونی چاہیے۔ اسی طرح، نمبر 2 سے شروع ہونے والی لائن کو نمبر 2 پر رکنا چاہیے۔ حقیقی گیس کے ذریعے تجربہ ہونے والی حقیقت گیس کے مثالی قانون کی پیشن گوئی کے مطابق نہیں ہے۔ جب گیس کا پریشر کافی بڑا ہوتا ہے، تو گیس کا حجم چھوٹا ہو جاتا ہے اور گیس کے قانون کی مثالی پیشین گوئی سے ہٹ جاتا ہے (مقابلہ 1 اور کرو 2 سے کریں)۔ گیس کے حجم کے انحراف کی مقدار بھی درجہ حرارت پر منحصر ہے۔ اگر گیس کا درجہ حرارت کم ہے اور پگھلنے کے نقطہ کے قریب پہنچ جاتا ہے، یعنی نقطہ ابلتا ہے (پوائنٹ بی)، تو گیس عام طور پر اس کے مقابلے میں زیادہ اہم حجم انحراف کا تجربہ کرتی ہے جب درجہ حرارت زیادہ ہوتا ہے (مقابلہ 1، 2، 3 اور 4)۔ گیس کے مالیکیولز کے درمیان کشش کی موجودگی سے متاثر، جیسا کہ پہلے بیان کیا گیا ہے۔

اوپر دیے گئے خاکے میں وکر 3 کسی مادے کے اس کے نازک درجہ حرارت پر برتاؤ کو ظاہر کرتا ہے۔ وکر تین سے گزرنے والا نقطہ سی ایک نازک نقطہ کہلاتا ہے۔ اہم درجہ حرارت سے زیادہ درجہ حرارت پر، گیس کی شکل مائع کی شکل میں تبدیل نہیں ہو سکتی، حالانکہ اسے کافی دباؤ دیا جاتا ہے (وکر 2 اور وکر 1 سے موازنہ کریں)۔ دیا جانے والا دباؤ صرف گیس کا حجم چھوٹا بناتا ہے، لیکن گیس کو مائع میں تبدیل نہیں کر سکتا۔ اس کے برعکس، اہم درجہ حرارت سے کم درجہ حرارت پر، گیس مائع میں تبدیل ہو جائے گی اگر مطلق دباؤ دیا جائے (وکر 3 سے موازنہ کریں)۔ دباؤ کی مقدار جو ایک نازک درجہ حرارت پر گیس کو مائع میں تبدیل کر سکتی ہے اسے نازک دباؤ کہا جاتا ہے۔ ہر مادہ کا ایک مختلف نازک درجہ حرارت اور نازک دباؤ ہوتا ہے۔

اوپر دیے گئے خاکے میں وکر 4 گیس سے مائع میں تبدیل ہونے کے عمل کو ظاہر کرتا ہے۔ سایہ دار علاقہ (پہاڑی سے مشابہ) وہ علاقہ ہے جہاں گیس اور مائع توازن میں ہیں۔ سب سے پہلے، گیس کا حجم بڑا ہے. گیس کا دباؤ بڑھنے کے بعد، گیس کا حجم اس وقت تک چھوٹا ہو جاتا ہے جب تک کہ یہ نقطہ b تک نہ پہنچ جائے (پوائنٹ b پگھلنے کا نقطہ ہے، عرف ابلتا ہوا نقطہ)۔ جب یہ نقطہ بی پر پہنچتا ہے، تو گیس مائع میں بدلنا شروع کر دیتی ہے۔ گیس کو مائع میں تبدیل کرنے کے عمل کے دوران (پوائنٹ b سے پوائنٹ a تک)، مادہ کا حجم چھوٹا ہو جاتا ہے حالانکہ دباؤ میں کوئی اضافہ نہیں ہوتا ہے (سیدھی لکیر سے نشان زد)۔ نقطہ a پر، تمام گیسیں مائع میں بدل گئی ہیں۔ نقطہ پر پہنچنے کے بعد مادہ پر دباؤ ڈالنے کے نتیجے میں صرف ایک کم سے کم حجم میں تبدیلی آتی ہے (بہت تیز وکر سے نشان زد)۔

روزمرہ کی زندگی میں، ہم اکثر بھاپ اور گیس کی اصطلاحات استعمال کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر پانی کے بخارات یا نائٹروجن گیس۔ ہم شاید ہی کبھی آبی بخارات کو پانی کی گیس کہتے ہیں، حالانکہ پانی کے بخارات پانی سے نکلنے والی گیس ہے۔ اسی طرح نائٹروجن، آکسیجن وغیرہ کے ساتھ نائٹروجن یا آکسیجن کو عرف عام میں گیس کہا جاتا ہے۔ گیس اور بھاپ کے مختلف معنی ہیں۔ اگر کسی مادے سے نکلنے والی گیس مواد کے نازک درجہ حرارت سے کم ہو تو ہم اسے بھاپ کہتے ہیں۔ اس کے برعکس، اگر کسی مادہ سے نکلنے والی گیس مادہ کے نازک درجہ حرارت سے زیادہ ہو، تو ہم اسے گیس کہتے ہیں۔

دباؤ کا خاکہ بمقابلہ درجہ حرارت (فیز ڈایاگرام)

دباؤ بمقابلہ حجم کا خاکہ استعمال کرتے ہوئے مادوں کے رویے کو پہلے بیان کیا گیا تھا۔ PV ڈایاگرام استعمال کرنے کے علاوہ، مادہ کے رویے کو دباؤ (P) بمقابلہ درجہ حرارت (T) کے ڈایاگرام کا استعمال کرتے ہوئے وضاحت کی جا سکتی ہے. پی ٹی ڈایاگرام کو عام طور پر فیز ڈایاگرام کہا جاتا ہے۔ اسے فیز ڈایاگرام کہا جاتا ہے کیونکہ یہ خاکہ کسی مادہ کے مراحل کا موازنہ کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ایک مادہ جو اکثر مرحلے کو تبدیل کرتا ہے پانی ہے۔

خاکہ پر تین منحنی خطوط ہیں، یعنی بخارات کے منحنی خطوط، پگھلنے والے منحنی خطوط اور سربلندی کے منحنی خطوط۔

بخارات کا وکر ان نکات کو ظاہر کرتا ہے جہاں مائع اور بخارات توازن میں ہیں۔ وہ نقطہ جہاں مائع اور بخارات کی شکل توازن میں ہوتی ہے اسے پگھلنے کا نقطہ کہا جاتا ہے، عرف ابلنے کا نقطہ (جسے پگھلنے کا نقطہ کہا جاتا ہے کیونکہ اس مقام پر بھاپ پگھل کر پانی میں تبدیل ہو سکتی ہے۔ نقطہ ابلتے کو کہا جاتا ہے کیونکہ اس مقام پر پانی ابل کر بھاپ میں تبدیل ہو سکتا ہے) اس طرح، بخارات کا منحنی خط دراصل ایک گراف ہے جو درجہ حرارت کے دباؤ اور بوائلنگ پوائنٹ (P/Bomel) کے درمیان تعلق کو ظاہر کرتا ہے۔ ایسا معلوم ہوتا ہے کہ دباؤ جتنا کم ہوگا، پانی کے ابلتے مقام کا درجہ حرارت اتنا ہی کم ہوگا، یا دباؤ جتنا زیادہ ہوگا، پانی کے ابلتے مقام کا درجہ حرارت اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ 1 atm کے دباؤ پر، پانی کا ابلتے نقطہ درجہ حرارت 100 ^o C ہے۔ اس کے برعکس، 218 atm کے دباؤ پر، پانی کا ابلتا ہوا درجہ حرارت = 374 ^o C۔

218 atm دباؤ کو پانی کا نازک دباؤ بھی کہا جاتا ہے، جبکہ 374 ^o C کے درجہ حرارت کو پانی کا نازک درجہ حرارت بھی کہا جاتا ہے۔ اگر بخارات کا درجہ حرارت 374 ^{o C سے کم ہے، تو بھاپ اپنے مرحلے کو مائع میں تبدیل کر سکتی ہے اگر اسے 374 o} C کا دباؤ دیا جائے۔ اگر درجہ حرارت 218 ^o C سے زیادہ ہو تو دباؤ بھاپ کو مائع میں تبدیل نہیں کر سکتا۔

پگھلنے کا وکر ان نکات کو ظاہر کرتا ہے جہاں مائع اور ٹھوس توازن میں ہیں۔ وہ نقطہ جہاں مائع اور ٹھوس توازن میں ہوتے ہیں اسے پگھلنے کا نقطہ یا انجماد کہا جاتا ہے (جسے پگھلنے کا نقطہ کہا جاتا ہے کیونکہ اس مقام پر برف پگھل کر پانی میں بن سکتی ہے۔ اسے منجمد پوائنٹ کہا جاتا ہے کیونکہ، اس مقام پر پانی جم سکتا ہے)۔ اس طرح، پگھلنے کا وکر ایک گراف ہے جو دباؤ (P) اور پگھلنے کے نقطہ یا منجمد درجہ حرارت کے درمیان تعلق بیان کرتا ہے۔ 1 atm کے دباؤ پر، پانی کا نقطہ انجماد (یا برف کا پگھلنے کا نقطہ) = 0 ^o C. 218 atm کے دباؤ کے برعکس، پانی کا نقطہ انجماد (یا برف کا پگھلنے والا نقطہ) 0 ^o C سے کم ہے۔ نوٹ کریں کہ 1 atm کے دباؤ پر، پانی مائع میں ہوتا ہے اگر ٹھوس درجہ حرارت o0 oC اور پانی کا درجہ حرارت ^o100 کے درمیان ہو۔ 1 atm کا دباؤ، درجہ حرارت 0 ^o C سے کم ہے یا پانی بھاپ میں ہے اگر، 1 atm کے دباؤ پر، درجہ حرارت 100 ^o C سے زیادہ ہو۔

سبلیمیشن وکر ان نکات کو ظاہر کرتا ہے جہاں ٹھوس اور بخارات توازن میں ہیں۔ توازن کو سبلیمیشن پوائنٹ کہا جاتا ہے۔ اس طرح، sublimation curve ایک گراف ہے جو دباؤ (P) اور sublimation پوائنٹ کے درجہ حرارت کے درمیان تعلق بیان کرتا ہے۔ سبلیمیشن مائع سے گزرے بغیر ٹھوس کو بھاپ میں تبدیل کرنے کا عمل ہے۔ عام طور پر، سربلندی صرف کم دباؤ پر ہوتی ہے۔ برف صرف اس صورت میں سرفہرست ہو سکتی ہے جب درجہ حرارت 0.01 سے کم ہو۔ ^oC اور دباؤ 0.006 atm سے کم ہے۔ وہ نقطہ جہاں تین منحنی خطوط آپس میں ملتے ہیں اسے ٹرپل پوائنٹ کہا جاتا ہے۔

ذیل میں کاربن ڈائی آکسائیڈ کے لیے فیز ڈایاگرام ہے۔ نوٹ کریں کہ واٹر فیز ڈایاگرام پر پیمانہ اور کاربن ڈائی آکسائیڈ فیز ڈایاگرام لکیری نہیں ہیں۔