வாயுக்களின் கலவை - டால்டனின் பகுதி அழுத்த விதி

வாயுக்களின் கலவை - டால்டனின் பகுதி அழுத்த விதி

ஒன்றோடொன்று வினைபுரியாத வாயுக்கலவையில் மேற்கொள்ளப்பட்ட ஆய்வு முடிவுகளின் அடிப்படையில், வாயுக்கலவையில் உள்ள ஒவ்வொரு வாயுவும் தனித்தனியே செயல்படுவதாக அறியமுடிகிறது. வாயுக்கலவையினை பொருத்தவரையில், அதில் அடங்கியுள்ள ஒவ்வொரு தனித்த வாயுவும், வாயுவின் ஒட்டு மொத்த அழுத்தத்திற்கு எந்த அளவிற்கு பங்களிக்கின்றன. என்பதை அறிவது அவசியமாகிறது.

ஜான்டால்டனின் கூற்றுப்படி, ஒன்றோடொன்று வினைபுரியாத வாயுக்கலவையின் மொத்த அழுத்தமானது, அதில் அடங்கியுள்ள ஒவ்வொரு வாயுக்களின் பகுதி அழுத்தங்களின் கூடுதலுக்குச் சமம். வாயுக்கலவையில் உள்ள ஒரு வாயுவின் பகுதி அழுத்தம் என்பது, அவ்வாயு அதே வெப்பநிலை மற்றும் கனஅளவில் தனித்து இருக்குமேயானால் அதனால் உணரும் அழுத்தம் எனலாம். இதுவே டால்டனின் பகுதி அழுத்தவிதி எனப்படும்.

V கனஅளவுடைய கொள்கலனில் உள்ள 1, 2 மற்றும் 3 ஆகிய வாயுக்கள் அடங்கிய கலவையிலுள்ள வாயுக்களின் பகுதி அழுத்தங்கள் முறையே p1, p2, மற்றும் p3 எனில் அதன் மொத்த அழுத்தம் Pமொத்தம் என்பது

Pமொத்தம் = P1 + P2 + P3 ---------- (6.12)

வாயுக்கள் நல்லியல்பு தன்மையினைப் பெற்றிருப்பதாகக் கருதினால்,

பகுதி அழுத்தத்தினை பின்வருமாறும் குறிப்பிடலாம்

RT / V  ஐ p1 / n1 அல்லது p2 / n2 அல்லது p3 / n3

எனவும் குறிப்பிடலாம் அல்லது பொதுவாக p1 / n1

எனவே

Pமொத்தம் = nமொத்தம் (pi / ni) = (nமொத்தம் / ni) pi

⇒ pi = (ni / nமொத்தம்) Pமொத்தம் = xi Pi மொத்தம் ---------- (6.14)

இங்கு Xi என்பது i என்ற கூறின் மோல் பின்னமாகும்

டால்டன் விதியின் பயன்பாடுகள்

நீரினை கீழ்முக இடப்பெயர்ச்சி செய்வதன் மூலம் வாயுக்களை சேகரிக்கும் ஒரு வினையில், சேகரிக்கப்படும் உலர்வாயுவின் அழுத்தத்தினை டால்டனின் பகுதி அழுத்த விதியினைப் பயன்படுத்தி பின்வருமாறு கணக்கிடலாம்.

Pசேகரிக்கப்பட்டஉலர்வாயு = Pமொத்தம் - Pநீராவி

Pநீராவி என்பது பொதுவாக நீர் இழுவிசை என அழைக்கப்படுகிறது. காற்றிற்கு பல்வேறு வெப்பநிலைகளில் இதன் மதிப்புகள் கண்டறிந்து தரப்பட்டுள்ளன.

பின்வரும் கணக்கினைத் தீர்ப்பதன் மூலம் டால்டனின் பகுதி அழுத்த விதியினை நாம் புரிந்து கொள்ளலாம்.  ஒரு வாயுக் கலவையானது, 4.76 மோல் Ne, 0.74 மோல் Ar மற்றும் 2.5 மோல் Xe வாயுக்களைக் கொண்டுள்ளது. ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில், அதன் மொத்த அழுத்தம் 2 atm எனில் வாயுக்களின் பகுதி அழுத்தங்களைக் கணக்கிடுக. 

தீர்வு:

தன்மதிப்பீடு

6(அ) நீர் மூழ்குபவர்கள், நீரில் மூழ்குவதற்கு பயன்படுத்தும் வாயுகலன்களில் He மற்றும் O2 வாயுக்கள் அடங்கிய கலவை பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஒரு குறிப்பிட்ட நீர் மூழ்கும் நிகழ்வில், 1 atm அழுத்த நிலையில் 12 dm3 O2 மற்றும் 1 atm அழுத்த நிலையில் 46 dm3 கனஅளவுள்ள He அடங்கிய வாயுக்கலவை 5dm3 கலனினுள் உள்ளே அழுத்தப்படுகிறது. 298K வெப்பநிலையில், ஒவ்வொரு வாயுவின் பகுதி அழுத்தத்தினைக் கணக்கிடுக.

தீர்வு:

(ஆ) ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு KClO3 (பொட்டாசியம் குளோரேட்) ஆய்வுக் குழாயில் வெப்பப்படுத்தப்பட்டு பின்வரும் வினையின் மூலம் O2 பெறப்படுகிறது.

2 KClO3 → 2 KCl + 3O2

295 K வெப்ப நிலையில் நீரினை கீழ்முக இடப்பெயர்ச்சி செய்வதன் மூலம் வாயுவானது சேகரிக்கப்படுகிறது. வாயுக் கலவையின் மொத்த அழுத்தம் 772 mm Hg 300K ல் நீரின் ஆவி அழுத்தம் 26.7 mm Hg. ஆக்சிஜனின் பகுதி அழுத்தம் என்ன?

தீர்வு:

1. கிரஹாமின் வாயு விரவுதல் விதி

வாயுக்கள், தங்களுக்கு கிடைக்கும் அனைத்து வெளியினையும் அடைத்துக் கொள்ளும் தன்மையினை பெற்றுள்ளன. இரு வினை புரியாத வாயுக்களை ஒன்றோடொன்று கலந்திட அனுமதிக்கும் போது, வாயு மூலக்கூறுகள் அதிக செறிவுள்ள பகுதியிலிருந்து, குறைவான செறிவுள்ள பகுதிக்கு நகர்கின்றன. ஒருவாயுவின் மூலக்கூறுகள் மற்றொரு வாயுவின் வழியே நகரும் இப்பண்பானது விரவுதல் (diffusion) என்றழைக்கப்படுகிறது. ஒருகலனில் உள்ள வாயுவானது, ஒரு மிகச்சிறிய துளையின் வழியே வெளியேறும் மற்றொரு நிகழ்வானது பாய்தல் (effusion) என அழைக்கப்படுகிறது.

படம் 6.7 வாயுக்களின் விரவுதல் மற்றும் பாய்தல்

ஒரு வாயுவின் விரவுதல் அல்லது பாய்தலின் வீதமானது, அதன் மோலார் நிறையின் வர்க்கமூலத்திற்கு எதிர்விகிதத்தில் அமையும். இக்கூற்று கிரஹாமின் வாயுவிரவுதல் / பாய்தல் விதி என அழைக்கப்படுகிறது.

கணிதவியல்படி, விரவுதல் வீதம் α 1 / √M

மாறாக

rA / rB = √ (MB / MA) ---------- (6.15)

விரவும் வாயுக்கள் வெவ்வேறு அழுத்தநிலைகளில் (PA, PB), இருக்குமாயின்

rA / rB = (PA / PB ) √ MB / MA ---------- (6.16)

இங்கு rA மற்றும் rB என்பன முறையே MA மற்றும் MB ஆகியவற்றை மூலக்கூறு நிறைகளாகக் கொண்ட A மற்றும் B ஆகிய வாயுக்களின் விரவுதல் வீதங்களாகும்.

1. சமவெப்ப அழுத்த நிலையில், ஒரு குறிப்பிட்ட வாயுவின் விரவுதல் வீதம்,  நைட்ரஜனைக் காட்டிலும் 0.5 மடங்கு அதிகம். அக்குறிப்பிட்ட வாயுவின் மோலார் நிறையினைக் கணக்கிடுக.

தீர்வு:

உங்களுக்குத் தெரியுமா?

U235 வை பிற ஐசோடோப்புகளிலிருந்து, செறிவூட்டும் செயல்முறைக்கு கிரஹாமின் வாயுவிரவல் விதி அடிப்படையாக அமைகிறது.

தன்மதிப்பீடு

எளிதில் தீப்பற்றும், ஒரு குறிப்பிட்ட கனஅளவுடைய வாயு நிலையில் உள்ள ஹைட்ரோகார்பன், ஒரு சிறு துளையின் வழியே 1.5 நிமிடங்களில் (minutes) விரவுகின்றது. இதே வெப்ப அழுத்த நிலைகளில், சம கனஅளவு உடைய புரோமின் ஆவியானது அதே துளையின் வழியே விரவுவதற்கு 4.73 நிமிடங்கள் (minutes) எடுத்துக் கொள்கிறது. அந்த வாயுவின் மோலார் நிறையினை கண்டறிக மேலும் அந்த ஹைட்ரோ கார்பன் என்னவாக இருக்கலாம் எனக் கூறு. (புரோமினின் மோலார் நிறை 159.8 gmol-1 என கொடுக்கப்பட்டுள்ளது]

t1 = 1.5 minutes (வாயு) ஹைட்ரோகார்பன்

t2 = 4.73 minutes (வாயு) புரோமின்

n(12) + (2n + 2) = 116

12n + 2n + 2 = 16

14n = 16 − 2

14n = 14

n = 1

ஃ ஹைட்ரோகார்பனின் பொது வாய்ப்பாடு CnH2n+2

ஃஹைட்ரோகார்பனானது, C1H2(1)+2 = CH4