📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள்/Lessons · அலகு 12/Unit 12 · Kp உம் வாயுச் சமநிலையும்

Kp உம் வாயுச் சமநிலையும்

முழுமையான பார்வை — ஏன் வாயுச் சமநிலைக்குத் தனி மாறிலி?

முந்தைய பாடத்தில், சமநிலை மாறிலி Kc தாக்கிகளினதும் விளைவுகளினதும் மூலர்ச் செறிவுகளின் (molar concentrations) அடிப்படையில் வரையறுக்கப்பட்டது. ஆனால் தாக்கத்தில் ஈடுபடும் இனங்கள் வாயுக்களாக இருக்கும்போது, வாயுவின் செறிவை அளப்பதை விட அதன் பகுதி அமுக்கத்தை (partial pressure) அளப்பது மிகவும் வசதியானது. ஏனெனில் மாறா வெப்பநிலையில் ஒரு வாயுவின் பகுதி அமுக்கம் அதன் மூலர்ச் செறிவுடன் நேரடியாகத் தொடர்புடையது.

இந்தப் பாடத்தில், வாயுச் சமநிலைகளுக்கான சமநிலை மாறிலி Kp, பகுதி அமுக்கம் மற்றும் மூல் பின்னம் (mole fraction) ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தொடர்பு, Kp இன் கோவையை எழுதுதல், Kp = Kc(RT)Δn என்னும் முக்கியத் தொடர்பு, Kp இன் அலகுகள், மேலும் சில பகுப்புக்கள் (worked examples) ஆகியன ஆராயப்படுகின்றன. இந்தப் பகுதி NIE பாடநூலின் பிரிவு 2.1.7 ஐ உள்ளடக்குகின்றது.

2.1.7 பகுதி அமுக்கமும் மூல் பின்னமும்

Ammonia
Wikipedia → · CC

ஒரு வாயுக் கலவையில், ஒவ்வொரு வாயுவும் தனியாகப் பாத்திரம் முழுவதையும் நிரப்பியிருந்தால் எவ்வளவு அமுக்கத்தைச் செலுத்துமோ, அதுவே அந்த வாயுவின் பகுதி அமுக்கம் (partial pressure) ஆகும். டால்ட்டனின் பகுதி அமுக்க விதியின்படி, ஒரு வாயுக் கலவையின் மொத்த அமுக்கம் (total pressure) அதிலுள்ள ஒவ்வொரு வாயுவினதும் பகுதி அமுக்கங்களின் கூட்டுத்தொகைக்குச் சமமாகும்.

ஒரு வாயுவின் மூல் பின்னம் (mole fraction, x) என்பது அந்த வாயுவின் மூல்களின் எண்ணிக்கையை வாயுக் கலவையில் உள்ள மொத்த மூல்களின் எண்ணிக்கையால் வகுத்தபோது கிடைக்கும் விகிதமாகும். ஒரு வாயுவின் பகுதி அமுக்கம், அதன் மூல் பின்னத்தையும் கலவையின் மொத்த அமுக்கத்தையும் பெருக்குவதன் மூலம் பெறப்படுகின்றது.

xi = ni ÷ ntotal     Pi = xi × Ptotal

இங்கு ni என்பது i என்னும் வாயுவின் மூல்களின் எண்ணிக்கை; ntotal என்பது மொத்த மூல்களின் எண்ணிக்கை; Ptotal என்பது கலவையின் மொத்த அமுக்கம். ஒரு கலவையில் உள்ள அனைத்து வாயுக்களினதும் மூல் பின்னங்களின் கூட்டுத்தொகை எப்போதும் 1 ஆகும்.

Mole Fraction and Partial Pressure in a Gas Mixture closed vessel — P total 3 mol gas A (red) + 4 mol gas B (green) Gas A x(A) = 3 / 7 = 0.43 P(A) = 0.43 × P total Gas B x(B) = 4 / 7 = 0.57 P(B) = 0.57 × P total x(A) + x(B) = 1

ஒரு வாயுவின் பகுதி அமுக்கம் = அதன் மூல் பின்னம் × மொத்த அமுக்கம்; மூல் பின்னங்களின் கூட்டுத்தொகை 1 ஆகும்.

வாயுச் சமநிலைக்கான மாறிலி Kp

வாயுக்கள் ஈடுபடும் ஒரு தாக்கத்தில், சமநிலை மாறிலியை வாயுக்களின் சமநிலைப் பகுதி அமுக்கங்களின் அடிப்படையில் வெளிப்படுத்தலாம். இவ்வாறு வரையறுக்கப்படும் மாறிலி Kp எனக் குறிக்கப்படுகின்றது; கீழ் எழுத்து p, இது அமுக்கத்தின் அடிப்படையில் வரையறுக்கப்படுவதைக் குறிக்கின்றது.

aA(g) + bB(g) ⇌ cC(g) + dD(g) என்னும் வாயு நிலைத் தாக்கத்துக்கு, Kp இன் கோவை பின்வருமாறு எழுதப்படுகின்றது.

Kp = (PC)c (PD)d(PA)a (PB)b

Kp இன் கோவையை எழுதும்போது (writing the Kp expression) பின்வரும் விதிகள் பின்பற்றப்படுகின்றன.

📝 எடுத்துக்காட்டு — அமோனியா உருவாதல்

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) என்னும் தாக்கத்துக்கு,
Kp = (PNH₃)² ÷ [(PN₂) (PH₂)³]
ஒவ்வொரு பகுதி அமுக்கப் பதமும் அதன் பீசமானக் குணகத்தால் வலுவேற்றப்பட்டுள்ளது.

Kp உம் Kc உம் — Kp = Kc(RT)Δn

ஒரு வாயு இலட்சிய வாயு நடத்தையைக் (ideal gas behaviour) கொண்டிருந்தால், இலட்சிய வாயுச் சமன்பாடு PV = nRT பொருந்தும். இதனை மறுசீரமைத்தால், ஒரு வாயுவின் அமுக்கம் P = (n/V)RT எனப் பெறப்படுகின்றது. இங்கு (n/V) என்பது வாயுவின் மூலர்ச் செறிவு ஆகும். ஆகவே, மாறா வெப்பநிலையில் ஒரு வாயுவின் பகுதி அமுக்கம் அதன் மூலர்ச் செறிவுக்கு நேர் விகிதசமமாகும்: P = [வாயு] × RT.

இந்தத் தொடர்பைப் பொதுவான வாயு நிலைத் தாக்கத்தின் Kp கோவையில் பிரதியிட்டுச் சுருக்கினால், Kp உம் Kc உம் பின்வரும் தொடர்பால் இணைக்கப்படுகின்றன என்பது பெறப்படுகின்றது.

Kp = Kc (RT)Δn

Δn = (வாயு விளைவுகளின் மூல் எண்) − (வாயு தாக்கிகளின் மூல் எண்)

இங்கு R என்பது வாயு மாறிலி (gas constant); T என்பது கெல்வின் வெப்பநிலை; Δn என்பது சமன் செய்த சமன்பாட்டில் வாயு விளைவுகளின் மொத்த மூல் எண்ணுக்கும் வாயு தாக்கிகளின் மொத்த மூல் எண்ணுக்கும் இடையேயான வேறுபாடு ஆகும்.

The Relationship Kp = Kc(RT)^Δn Depends on Δn Δn = 0 H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) 2 mol gas → 2 mol gas (RT)⁰ = 1 Kp = Kc both have no units Δn ≠ 0 N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) 1 mol gas → 2 mol gas, Δn = +1 (RT)¹ = RT Kp = Kc(RT) Kp ≠ Kc

Δn = 0 எனின் Kp = Kc; Δn ≠ 0 எனின் (RT)Δn என்னும் காரணியால் அவை வேறுபடுகின்றன.

Kp இன் அலகுகள்

Kp இன் அலகுகள் (units of Kp), Kc இன் அலகுகளைப் போலவே, அதன் கோவையில் தொகுதியிலும் பகுதியிலும் உள்ள அமுக்கப் பதங்களின் வலுக்களின் வேறுபாட்டைச் சார்ந்தவை. பகுதி அமுக்கம் atm என்னும் அலகில் வெளிப்படுத்தப்பட்டால், Kp இன் அலகு atmΔn ஆக அமையும்.

தாக்கம்ΔnKp கோவைஅலகு (atm இல்)
H₂ + I₂ ⇌ 2HI0(PHI)² / (PH₂ PI₂)அலகு இல்லை
N₂O₄ ⇌ 2NO₂+1(PNO₂)² / PN₂O₄atm
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃−2(PNH₃)² / (PN₂ PH₂³)atm⁻²
PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂+1(PPCl₃ PCl₂) / PPCl₅atm

Δn = 0 ஆக இருக்கும்போது அமுக்கப் பதங்களின் வலுக்கள் ஒன்றையொன்று நீக்குவதால் Kp பரிமாணமற்றதாக அமைகின்றது. நியம நிலைகள் (standard states) குறிப்பிடப்பட்டால் சமநிலை மாறிலிகளைப் பரிமாணமற்ற அளவுகளாக வெளிப்படுத்தலாம் என்பது NIE பாடநூலின் குறிப்பாகும்.

2.1.8 பல்லினச் சமநிலையில் Kp

பல்லினச் சமநிலையில் (heterogeneous equilibrium), தூய திண்மம் மற்றும் தூய திரவத்தின் பகுதி அமுக்கங்கள் Kp இன் கோவையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை; வாயு இனங்களின் பகுதி அமுக்கங்கள் மட்டுமே கோவையில் இடம்பெறுகின்றன.

பல்லினச் சமநிலைத் தாக்கம்Kp கோவை
CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)Kp = PCO₂ (ஒரே பதம்)
NH₄HS(s) ⇌ NH₃(g) + H₂S(g)Kp = PNH₃ × PH₂S
H₂O(l) ⇌ H₂O(g)Kp = PH₂O (நிரம்பல் ஆவி அமுக்கம்)

Kp பகுப்புக்கள்

📝 பகுப்பு 1 — N₂O₄ இன் பிரிகை

வினா: N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) என்னும் சமநிலையில், 1.00 mol N₂O₄ ஒரு பாத்திரத்தில் இடப்படுகின்றது. சமநிலையில் 25% N₂O₄ பிரிகையடைகின்றது. மொத்த அமுக்கம் = 2.00 atm. Kp ஐக் கணக்கிடுக.

பிரிகையடைந்த N₂O₄ = 0.25 mol; எஞ்சிய N₂O₄ = 1.00 − 0.25 = 0.75 mol.
உருவான NO₂ = 2 × 0.25 = 0.50 mol.
மொத்த மூல் எண் ntotal = 0.75 + 0.50 = 1.25 mol.
மூல் பின்னங்கள்: x(N₂O₄) = 0.75 ÷ 1.25 = 0.60; x(NO₂) = 0.50 ÷ 1.25 = 0.40
பகுதி அமுக்கங்கள்: P(N₂O₄) = 0.60 × 2.00 = 1.20 atm; P(NO₂) = 0.40 × 2.00 = 0.80 atm
Kp = (PNO₂)² ÷ PN₂O₄ = (0.80)² ÷ 1.20 = 0.64 ÷ 1.20

விடை: Kp = 0.53 atm (Δn = +1 ஆதலால் அலகு atm).

📝 பகுப்பு 2 — Kc இலிருந்து Kp

வினா: 500 K வெப்பநிலையில் N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) தாக்கத்துக்குச் சமநிலை மாறிலி Kc = 0.105 mol⁻² dm⁶ ஆகும். இந்த வெப்பநிலையில் Kp ஐக் கணக்கிடுக. (R = 0.0821 dm³ atm K⁻¹ mol⁻¹)

Δn = (வாயு விளைவுகள்) − (வாயு தாக்கிகள்) = 2 − (1 + 3) = −2
Kp = Kc (RT)Δn = 0.105 × (0.0821 × 500)−2
RT = 0.0821 × 500 = 41.05 dm³ atm mol⁻¹
(RT)−2 = 1 ÷ (41.05)² = 1 ÷ 1685 = 5.93 × 10⁻⁴
Kp = 0.105 × 5.93 × 10⁻⁴

விடை: Kp = 6.23 × 10⁻⁵ atm⁻² (Δn = −2 ஆதலால் அலகு atm⁻²).

பொதுவான தவறுகள் / Common mistakes
  • Kp = Kc(RT)Δn இல் Δn ஐக் கணக்கிடும்போது வாயு இனங்களை மட்டுமே எண்ணுக; திண்மம் மற்றும் திரவ இனங்களை எண்ணக் கூடாது.
  • Δn = 0 எனின் Kp = Kc ஆகும்; ஆனால் இது Δn = 0 ஆக இருக்கும்போது மட்டுமே உண்மை.
  • RT ஐக் கணக்கிடும்போது வெப்பநிலை கெல்வினில் (K) இருக்க வேண்டும்; செல்சியஸ் பயன்படுத்துவது தவறு.
  • Kp கோவையில் தூய திண்மம் மற்றும் தூய திரவத்தின் பகுதி அமுக்கங்களைச் சேர்க்க வேண்டாம்.
  • பகுதி அமுக்கம் = மூல் பின்னம் × மொத்த அமுக்கம்; மூல் பின்னத்தை மொத்த மூல் எண்ணால் வகுக்க மறக்கக் கூடாது.
📝 தேர்வாளர் குறிப்பு / Examiner note

Kp கோவையை எழுதும் வினாவில், ஒவ்வொரு பகுதி அமுக்கப் பதத்தையும் சரியான பீசமானக் குணகத்தால் வலுவேற்றியதைக் காட்டி, Δn இன் அடிப்படையில் அலகுகளையும் கணக்கிடுக. Kp = Kc(RT)Δn தொடர்பைப் பயன்படுத்தும் வினாவில், Δn ஐ வாயு இனங்களை மட்டும் எண்ணிக் கணக்கிடுக; வெப்பநிலையைக் கெல்வினில் வைத்திருக்குக. மூல் பின்னம் கொண்டு பகுதி அமுக்கத்தைக் கணக்கிடும் வினாவில், சமநிலையில் ஒவ்வொரு இனத்தினதும் மூல் எண்ணைக் கண்டறிந்து, மூல் பின்னம் = ni ÷ ntotal, பின்னர் Pi = xi × Ptotal என்னும் படிமுறையைத் தெளிவாகக் காட்டுக. பல்லினச் சமநிலையில் CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) தாக்கத்துக்கு Kp = PCO₂ என்னும் ஒரே பதம் மட்டுமே என்பதை நினைவில் கொள்க.

🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Kp and equilibrium constants
Kp மற்றும் Kc
Kp and equilibrium constants
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. aA + bB ⇌ cC + dD இற்கான Kc:

    1. [A]ᵃ[B]ᵇ/[C]ᶜ[D]ᵈ
    2. [C]ᶜ[D]ᵈ/[A]ᵃ[B]ᵇ
    3. [C][D]/[A][B]
    4. [A][B]/[C][D]
    5. [C]+[D]−[A]−[B]
    விடை
    (2) — Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / [A]ᵃ[B]ᵇ.

  2. Kp இல் பயன்படுத்தப்படுவது:

    1. அடர்த்தி
    2. பகுதி அழுத்தங்கள்
    3. மோல்
    4. திணிவு
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — Kp வாயுக்களின் பகுதி அழுத்தங்களால்.

  3. Kc வெளிப்படுத்தலில் சேர்க்கப்படாதவை:

    1. வாயுக்கள்
    2. கரைசல்கள்
    3. தூய திண்மம்/நீர்மம்
    4. அயன்கள்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (3) — தூய திண்மம்/நீர்மத்தின் செயற்பாடு = 1 → சேர்க்கப்படா.

  4. பெரிய K மதிப்பு குறிப்பது:

    1. வினைபடுபொருள்
    2. விளைபொருள்
    3. சமம்
    4. வீதம்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — பெரிய K → விளைபொருள் சார்பு.

  5. K-இன் மதிப்பை மாற்றுவது:

    1. அடர்த்தி
    2. அழுத்தம்
    3. வெப்பநிலை
    4. வினையூக்கி
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (3) — வெப்பநிலை மட்டுமே.

  6. Δn = 0 (சம வாயு மோல்) எனில்:

    1. Kp = Kc
    2. Kp > Kc
    3. Kp < Kc
    4. Kp = 0
    5. Kc = 0
    விடை
    (1) — Kp = Kc(RT)^Δn; Δn=0 → Kp = Kc.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g) இற்கான Kc மற்றும் Kp வெளிப்பாடுகளை எழுதுக.

மாதிரி விடை
Kc = [NH₃]²/([N₂][H₂]³); Kp = p(NH₃)²/(p(N₂)·p(H₂)³).

• சமநிலை மாறிலி வெளிப்பாட்டில் தூய திண்மம்/நீர்மம் ஏன் சேர்க்கப்படுவதில்லை?

மாதிரி விடை
அவற்றின் செயற்பாடு (concentration) மாறிலி = 1 ஆகக் கருதப்படுவதால்.

கட்டுரை வினா

• சமநிலை மாறிலி — Kc, Kp, வெளிப்பாட்டு விதிகள், K-இன் பொருள், வெப்பநிலையின் தாக்கத்தை விளக்குக.

விடை வரைவு
வரைவு: Kc=[விளை]/[வினைபடு] அடுக்குகள்; Kp=பகுதி அழுத்தம்; திண்மம்/நீர்மம் விடப்படும்; பெரிய K→விளை சார்பு; K வெப்பநிலையை மட்டுமே சார்ந்தது; Kp=Kc(RT)^Δn.
← அலகு 12