அலகு 12 — வினாத்தொகுப்பு
இரசாயனச் சமநிலை (Chemical Equilibrium) எனும் அலகின் எல்லா உட்தலைப்புகளையும் — இயங்குநிலைச் சமநிலையும் சமநிலை மாறிலி Kc உம், Kp உம் Kp–Kc உறவும், லீ-சாட்டெலியர் கோட்பாடு (செறிவு, அமுக்கம், வெப்பநிலை, வினையூக்கி), பல்வகைச் சமநிலை, அமிலம்–கூழ்மச் சமநிலை, Ka உம் Kb உம், வலிமையான மற்றும் மென் அமிலம்/கூழ்மங்களின் pH, இடையகச் செயற்பாடும் ஹென்டர்சன்–ஹாசல்பால்க் சமன்பாடும், உப்பு நீராற்பகுப்பு, கரைதிறன் பெருக்கம் Ksp உம் கரைதிறனும், பொது அயன் விளைவு, படிவை முன்கணித்தல், தடுப்பேற்ற வளையிகளும் சுட்டித் தெரிவும், ரௌல்ட் விதியும் விலகல்களும், பகுபகுத்தல் வடித்தலும் இணைகொதிக் கலவைகளும், பகுதிக் குணகமும் கரைப்பான் பிரித்தெடுப்பும் — உள்ளடக்கிய வினாத்தொகுப்பு இது. முதல் பகுதியில் வினாத்தாள் I வகையான பல்தேர்வு வினாக்களும், இரண்டாவது பகுதியில் வினாத்தாள் II வகையான கட்டமைப்பு வினாக்களும் தரப்பட்டுள்ளன. ஒவ்வொரு வினாவையும் முழுமையாகச் சிந்தித்த பின்னரே விடையைப் பார்க்க வேண்டும்.
இரசாயனச் சமநிலை வினாக்களை ஒரே வழியில் அணுகலாம் — முதலில் வினா சமநிலையின் நிலையைப் பற்றியதா (Kc, Kp, லீ-சாட்டெலியர் இடப்பெயர்வு) அல்லது அயனிச் சமநிலையைப் பற்றியதா (pH, Ka, Kb, இடையகம், Ksp) என்பதைப் பிரித்தறிதல்; அடுத்து Kc உம் Kp உம் வெப்பநிலையை மட்டுமே சார்ந்தவை என்பதையும், தூய திண்மங்களும் தூய நீர்மங்களும் சமநிலைக் கோவையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை என்பதையும் நினைவில் கொள்ளுதல்; இறுதியில் கணிப்பு வினாக்களில் செறிவுகளைச் சமநிலையில் அளக்கப்பட்டவையாக எடுத்து, அலகுகளைச் சரியாக எழுதுதல்.
பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்
ஒவ்வொரு வினாவுக்கும் (1)–(5) என்னும் ஐந்து விடைகளில் சரியான ஒன்றைத் தெரிவு செய்க.
1. இயங்குநிலைச் சமநிலையின் (dynamic equilibrium) சரியான வரைவிலக்கணம் எது?
(1) முன்னோக்கிய தாக்கம் முற்றாக நின்றுவிட்ட நிலை (2) தாக்கிகளும் விளைபொருள்களும் சம செறிவில் உள்ள நிலை (3) முன்னோக்கிய தாக்க வீதமும் பின்னோக்கிய தாக்க வீதமும் சமமாகும் நிலை (4) தாக்கி முற்றாக விளைபொருளாக மாறிய நிலை (5) வெப்பநிலை மாறாதிருக்கும் நிலை
விடை: (3). இயங்குநிலைச் சமநிலை என்பது ஒரு மீளும் தாக்கத்தில் முன்னோக்கிய தாக்கத்தின் வீதமும் பின்னோக்கிய தாக்கத்தின் வீதமும் சமமாகும் நிலையாகும். இந்நிலையில் தாக்கம் நின்றுவிடவில்லை — இரு தாக்கங்களும் தொடர்ந்து நிகழ்கின்றன; ஆனால் இனங்கள் உருவாகும், செலவழியும் வீதங்கள் சமமாதலால் அவற்றின் செறிவுகள் மட்டுமே மாறாதிருக்கின்றன. தாக்கிகளும் விளைபொருள்களும் சம செறிவில் இருக்க வேண்டிய அவசியமில்லை.
2. N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) எனும் தாக்கத்திற்குச் சமநிலை மாறிலி Kc இன் சரியான கோவை எது?
(1) [NH₃] ÷ ([N₂][H₂]) (2) [NH₃]² ÷ ([N₂][H₂]³) (3) [N₂][H₂]³ ÷ [NH₃]² (4) 2[NH₃] ÷ ([N₂] + 3[H₂]) (5) [NH₃]² ÷ ([N₂]³[H₂])
விடை: (2). Kc கோவையில் தொகுதி (numerator) விளைபொருள்களின் செறிவுகளும், பகுதி (denominator) தாக்கிகளின் செறிவுகளும்; ஒவ்வொரு செறிவின் அடுக்கும் சமன்படுத்தப்பட்ட சமன்பாட்டில் அந்த இனத்தின் வாய்ப்பாட்டுக் குணகம். எனவே Kc = [NH₃]² ÷ ([N₂][H₂]³). செறிவுகள் சமநிலையில் mol dm⁻³ இல் அளக்கப்பட்டவை; குணகங்கள் கூட்டப்படுவதில்லை, அடுக்குகளாக எழுதப்படுகின்றன.
3. CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) எனும் பல்வகைச் சமநிலைக்கு (heterogeneous equilibrium) Kc இன் கோவை எது?
(1) [CaO][CO₂] ÷ [CaCO₃] (2) [CaCO₃] ÷ ([CaO][CO₂]) (3) [CO₂] (4) [CaO][CO₂] (5) 1 ÷ [CO₂]
விடை: (3). பல்வகைச் சமநிலையில் தூய திண்மங்களும் தூய நீர்மங்களும் Kc கோவையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை, ஏனெனில் அவற்றின் தொழிற்படுதிறன் (activity) மாறிலியாக 1 ஆக எடுக்கப்படுகின்றது. CaCO₃ உம் CaO உம் தூய திண்மங்கள்; எனவே கோவையில் வாயுவான CO₂ மட்டுமே தோன்றுகின்றது: Kc = [CO₂]. இதனால் CaCO₃ இன் அளவைக் கூட்டினாலும் சமநிலையில் CO₂ இன் செறிவு மாறுவதில்லை.
4. பின்வரும் வாயுச் சமநிலைகளுள் Kp = Kc ஆக அமைவது (அதாவது Δn = 0) எது?
(1) N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) (2) 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) (3) H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) (4) PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) (5) 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g)
விடை: (3). Kp = Kc(RT)Δn; Δn = வாயு விளைபொருள் மோல்கள் − வாயுத் தாக்கி மோல்கள். (RT)0 = 1 ஆதலால் Δn = 0 எனின் மட்டுமே Kp = Kc. H₂ + I₂ ⇌ 2HI இல் தாக்கி பக்கம் 2 மோல், விளைபொருள் பக்கம் 2 மோல், எனவே Δn = 2 − 2 = 0. ஏனைய தெரிவுகளில் Δn முறையே −2, −1, +1, −1 ஆக அமைகின்றன.
5. சமநிலை மாறிலி Kc இன் பெறுமானத்தைப் பின்வருவனவற்றுள் எது மட்டுமே மாற்றும்?
(1) தாக்கியின் செறிவைக் கூட்டுதல் (2) தொகுதியின் அமுக்கத்தைக் கூட்டுதல் (3) ஒரு வினையூக்கியைச் சேர்த்தல் (4) தொகுதியின் வெப்பநிலையை மாற்றுதல் (5) தொகுதியின் கனவளவைக் குறைத்தல்
விடை: (4). Kc வெப்பநிலையின் ஒரு சார்பு மட்டுமே. செறிவு, அமுக்கம் அல்லது கனவளவை மாற்றினால் சமநிலை இடம்பெயரக்கூடும், ஆனால் Kc இன் பெறுமானம் மாறுவதில்லை. வினையூக்கி முன்/பின்னோக்கிய தாக்கங்களைச் சமமாக விரைவுபடுத்துவதால் Kc ஐயும் சமநிலையின் நிலையையும் மாற்றுவதில்லை. வெப்பநிலையை மாற்றுதல் மட்டுமே Kc இன் உண்மையான பெறுமானத்தை மாற்றுகின்றது.
6. N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g); ΔH = −92 kJ mol⁻¹ எனும் சமநிலையில் வெப்பநிலையை உயர்த்தினால் என்ன நிகழும்?
(1) சமநிலை வலப்புறம் நகர்ந்து NH₃ விளைச்சல் கூடும் (2) சமநிலை இடப்புறம் நகர்ந்து NH₃ விளைச்சல் குறையும் (3) சமநிலை நகராது, Kc மட்டும் கூடும் (4) Kc மாறாது, விளைச்சல் கூடும் (5) தாக்கம் முற்றாக நின்றுவிடும்
விடை: (2). முன்னோக்கிய தாக்கம் புறவெப்பம் (ΔH எதிர்க் குறி); எனவே பின்னோக்கிய தாக்கம் அகவெப்பம். லீ-சாட்டெலியர் கோட்பாட்டின்படி வெப்பநிலையை உயர்த்தினால் வெப்பத்தை உறிஞ்சும் அகவெப்பத் திசையில் — அதாவது இடப்புறம் — சமநிலை நகர்ந்து NH₃ விளைச்சல் குறைகின்றது; Kc இன் பெறுமானமும் குறைகின்றது. இதனால்தான் ஹேபர் முறையில் மிக உயர்ந்த வெப்பநிலை பயன்படுத்தப்படுவதில்லை.
7. 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) எனும் சமநிலையில் மாறா வெப்பநிலையில் தொகுதியின் அமுக்கத்தைக் கூட்டினால் சமநிலை எத்திசையில் நகரும்?
(1) வாயு மோல்கள் அதிகமுள்ள இடப்புறம் (2) வாயு மோல்கள் குறைவாக உள்ள வலப்புறம் (3) நகராது (4) தாக்கி பக்கம் (5) Kc கூடும், சமநிலை நகராது
விடை: (2). தாக்கி பக்கம் 2 + 1 = 3 மோல் வாயுவும், விளைபொருள் பக்கம் 2 மோல் வாயுவும் உள்ளன. அமுக்கத்தைக் கூட்டுதல் ஒரு மாற்றம்; லீ-சாட்டெலியர் கோட்பாட்டின்படி அமுக்கத்தைக் குறைக்கும் வகையில் — அதாவது வாயு மோல்கள் குறைவாக உள்ள வலப்புறம் (SO₃ பக்கம்) — சமநிலை நகர்கின்றது. வெப்பநிலை மாறாததால் Kc இன் பெறுமானம் மாறுவதில்லை.
8. ஒரு சமநிலையிலுள்ள வாயுத் தொகுதிக்கு ஒரு வினையூக்கியைச் சேர்ப்பதன் விளைவு என்ன?
(1) சமநிலை வலப்புறம் நகரும் (2) Kc இன் பெறுமானம் கூடும் (3) விளைபொருளின் விளைச்சல் கூடும் (4) சமநிலை விரைவில் அடையப்படும்; நிலையும் விளைச்சலும் மாறா (5) தாக்கம் நின்றுவிடும்
விடை: (4). வினையூக்கி குறைந்த ஏவற்சக்தியுடைய மாற்றுத் தாக்க முறையை வழங்கி முன்னோக்கிய, பின்னோக்கிய இரு தாக்கங்களையும் சமமாக விரைவுபடுத்துகின்றது. எனவே சமநிலை விரைவாக அடையப்படுகின்றது; ஆனால் சமநிலையின் நிலையோ, விளைபொருளின் விளைச்சலோ, Kc இன் பெறுமானமோ மாறுவதில்லை. தொழிற்துறையில் வினையூக்கி நேரத்தைச் சேமிக்கப் பயன்படுகின்றது.
9. 25 °C இல் நீரின் அயனிப் பெருக்கம் Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ mol² dm⁻⁶. ஒரு நடுநிலைக் கரைசலின் pH என்ன?
(1) 0 (2) 1 (3) 7 (4) 10 (5) 14
விடை: (3). நடுநிலைக் கரைசலில் [H⁺] = [OH⁻]. Kw = [H⁺][OH⁻] = [H⁺]² = 1.0 × 10⁻¹⁴ ஆதலால் [H⁺] = 1.0 × 10⁻⁷ mol dm⁻³. எனவே pH = −log(1.0 × 10⁻⁷) = 7. (குறிப்பு — 25 °C இல் மட்டுமே நடுநிலை pH = 7; வெப்பநிலை உயரின் Kw கூடி நடுநிலை pH 7 ஐ விடச் சிறிதாகும், ஆயினும் [H⁺] = [OH⁻] எனும் நடுநிலைத் தன்மை மாறாது.)
10. 0.010 mol dm⁻³ செறிவுள்ள வலிமையான ஒரு புரோத்தனிய அமிலமான HCl கரைசலின் pH என்ன?
(1) 1 (2) 2 (3) 7 (4) 10 (5) 12
விடை: (2). HCl வலிமையான அமிலம்; நீரில் முற்றாக அயனாகின்றது (HCl → H⁺ + Cl⁻). ஒரு புரோத்தனிய அமிலமாதலால் [H⁺] = அமிலச் செறிவு = 0.010 = 1.0 × 10⁻² mol dm⁻³. எனவே pH = −log(1.0 × 10⁻²) = 2. வலிமையான அமிலத்திற்கு Ka பயன்படுத்த வேண்டியதில்லை — முழு அயனாக்கம் எனக் கொள்ளலாம்.
11. 0.010 mol dm⁻³ NaOH கரைசலின் pH என்ன? (25 °C, Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴)
(1) 2 (2) 7 (3) 10 (4) 12 (5) 14
விடை: (4). NaOH வலிமையான கூழ்மம்; முற்றாக அயனாகின்றது. [OH⁻] = 0.010 = 1.0 × 10⁻² mol dm⁻³, எனவே pOH = −log(1.0 × 10⁻²) = 2. pH + pOH = 14 ஆதலால் pH = 14 − 2 = 12. வலிமையான கூழ்மத்திற்கு நேரடியாக pH ஐக் கணிக்காமல், [OH⁻] இலிருந்து pOH வழியாகச் செல்வது மிக முக்கியம்.
12. சமச் செறிவுள்ள ஒரு வலிமையான அமிலத்தையும் ஒரு மென் அமிலத்தையும் ஒப்பிடும்போது மென் அமிலத்தைப் பற்றிய சரியான கூற்று எது?
(1) அதன் pH குறைவாக இருக்கும் (2) அது முற்றாக அயனாகின்றது (3) அதன் [H⁺] குறைவாகவும் pH கூடுதலாகவும் இருக்கும் (4) அதன் Ka பெரிதாக இருக்கும் (5) அதன் pH எப்போதும் 7
விடை: (3). மென் அமிலம் நீரில் பகுதியளவே அயனாகின்றது; எனவே சமச் செறிவுள்ள வலிமையான அமிலத்துடன் ஒப்பிடும்போது மென் அமிலத்தில் [H⁺] குறைவாக இருக்கும், அதனால் pH கூடுதலாக இருக்கும். மென் அமிலத்தின் Ka சிறியது (pKa பெரியது). pH 7 ஐ விடச் சிறியதாக இருக்கும் (அமிலமாதலால்), ஆயினும் 7 ஆகாது.
13. மென் அமிலம் HA ⇌ H⁺ + A⁻ க்கு அமில அயனாக்க மாறிலி Ka இன் சரியான கோவை எது?
(1) [HA] ÷ ([H⁺][A⁻]) (2) [H⁺][A⁻] ÷ [HA] (3) [H⁺] ÷ [A⁻] (4) [HA] − [H⁺] (5) [H⁺] + [A⁻]
விடை: (2). Ka என்பது மென் அமிலத்தின் அயனாக்கச் சமநிலைக்கான சமநிலை மாறிலி. சமநிலை மாறிலியின் வரைவிலக்கணப்படி தொகுதியில் விளைபொருள்களின் (H⁺, A⁻) செறிவுகளும், பகுதியில் தாக்கியின் (HA) செறிவும்: Ka = [H⁺][A⁻] ÷ [HA]. நீர் தூய நீர்மமாதலால் கோவையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை. Ka பெரிதாயின் அமிலம் வலிமையானது.
14. 25 °C இல் ஒரு மென் அமிலத்தின் Ka = 1.0 × 10⁻⁵ mol dm⁻³. அதன் pKa என்ன?
(1) 1 (2) 3 (3) 5 (4) 9 (5) 14
விடை: (3). pKa = −log Ka = −log(1.0 × 10⁻⁵) = 5. pKa என்பது அமிலத்தின் வலிமையின் ஒரு நேரடி அளவீடு — Ka சிறிதாயின் pKa பெரியது, அமிலம் மெலிது; Ka பெரிதாயின் pKa சிறியது, அமிலம் வலிது. pKa = 5 எனப்படும் ஒரு அமிலம் ஓரளவு மெலிந்த அமிலம் (எடுத்துக்காட்டாக எத்தனோயிக் அமிலத்தின் pKa ≈ 4.8).
15. பின்வருவனவற்றுள் ஒரு இடையகக் கரைசலை (buffer solution) உருவாக்கும் கலவை எது?
(1) HCl உம் NaCl உம் (2) NaOH உம் NaCl உம் (3) CH₃COOH உம் CH₃COONa உம் (4) HCl உம் NaOH உம் சம மோல்களில் (5) தூய நீரும் NaCl உம்
விடை: (3). ஒரு இடையகக் கரைசல் ஒரு மென் அமிலமும் அதன் உப்பும் (அல்லது ஒரு மென் கூழ்மமும் அதன் உப்பும்) கொண்டது. CH₃COOH ஒரு மென் அமிலம், CH₃COONa அதன் உப்பு — எனவே இக்கலவை ஒரு அமில இடையகம். HCl வலிமையான அமிலமாதலால் (1) இடையகமாகாது; (4) இல் HCl உம் NaOH உம் முழுமையாக நடுநிலையாகித் தனி உப்புக் கரைசலையே தரும்.
16. ஒரு இடையகக் கரைசல் சிறிதளவு வலிமையான அமிலம் சேர்க்கப்பட்டாலும் pH ஐ ஏறக்குறைய மாறாமல் வைப்பது எவ்வாறு?
(1) சேர்க்கப்படும் அமிலம் வினைபடாது வெளியேறுகின்றது (2) உப்பின் எதிர் அயன் (இணைக் கூழ்மம்) சேர்க்கப்படும் H⁺ ஐ நடுநிலையாக்குகின்றது (3) நீர் சேர்க்கப்படும் அமிலத்தை நீர்த்தாக்குகின்றது (4) Kc மாறுகின்றது (5) வெப்பநிலை தானாகக் குறைகின்றது
விடை: (2). ஒரு அமில இடையகத்தில் மென் அமிலமும் (HA) அதன் உப்பின் எதிர் அயனும் (A⁻, இணைக் கூழ்மம்) கணிசமான செறிவில் உள்ளன. சிறிதளவு வலிமையான அமிலம் சேர்க்கப்படும்போது அதன் H⁺ அயன்கள் A⁻ உடன் வினைபட்டு HA ஆக மாறுகின்றன (A⁻ + H⁺ → HA); எனவே [H⁺] கூர்மையாகக் கூடாது, pH ஏறக்குறைய மாறாதிருக்கின்றது. சேர்க்கப்படும் கூழ்மத்தை மென் அமிலம் HA நடுநிலையாக்குகின்றது.
17. [CH₃COOH] = [CH₃COONa] ஆக உள்ள ஒரு இடையகக் கரைசலின் pH பற்றிய சரியான கூற்று எது? (CH₃COOH இன் pKa = 4.76)
(1) pH = 0 (2) pH = 4.76 (3) pH = 7 (4) pH = 9.24 (5) pH = 14
விடை: (2). ஹென்டர்சன்–ஹாசல்பால்க் சமன்பாட்டின்படி pH = pKa + log([உப்பு] ÷ [அமிலம்]). [உப்பு] = [அமிலம்] ஆதலால் அவற்றின் விகிதம் = 1, log 1 = 0; எனவே pH = pKa = 4.76. உப்பின் செறிவும் அமிலத்தின் செறிவும் சமமாக உள்ள புள்ளியில் இடையகம் மிகச் சிறந்த தாங்குதிறன் (buffering capacity) கொண்டிருக்கின்றது.
18. பின்வரும் உப்புகளுள் நீரில் கரைக்கப்படும்போது ஒரு அமிலக் கரைசலைத் தருவது எது?
(1) NaCl (2) CH₃COONa (3) NH₄Cl (4) KNO₃ (5) Na₂SO₄
விடை: (3). NH₄Cl ஒரு வலிமையான அமிலத்தின் (HCl) மற்றும் ஒரு மென் கூழ்மத்தின் (NH₃) உப்பு. நீரில் NH₄⁺ அயன் நீராற்பகுப்புக்கு உட்பட்டு (NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺) H₃O⁺ அயன்களை உருவாக்குகின்றது; எனவே கரைசல் அமிலத்தன்மை பெறுகின்றது (pH < 7). NaCl, KNO₃, Na₂SO₄ ஆகியன வலிமை+வலிமை உப்புகள், நடுநிலைக் கரைசல்களைத் தருகின்றன; CH₃COONa கூழ்மக் கரைசலைத் தரும்.
19. மென் கரையும் ஓர் உப்பு AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) க்கு கரைதிறன் பெருக்கம் Ksp இன் சரியான கோவை எது?
(1) [Ag⁺] + [Cl⁻] (2) [Ag⁺][Cl⁻] (3) [Ag⁺][Cl⁻] ÷ [AgCl] (4) [AgCl] ÷ ([Ag⁺][Cl⁻]) (5) [Ag⁺]²[Cl⁻]²
விடை: (2). AgCl ஒரு தூய திண்மம்; அதன் தொழிற்படுதிறன் = 1, எனவே கோவையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை. Ksp என்பது கரைந்த அயன்களின் செறிவுகளின் பெருக்கம், ஒவ்வொன்றும் அதன் வாய்ப்பாட்டுக் குணகத்தின் அடுக்கில்: Ksp = [Ag⁺][Cl⁻]. AgCl இல் ஒவ்வொரு அயனின் குணகமும் 1 ஆதலால் அடுக்குகள் 1.
20. ஒரு நிறைவுற்ற AgCl கரைசலுக்குச் சிறிதளவு திண்ம NaCl ஐச் சேர்த்தால் AgCl இன் கரைதிறனுக்கு என்ன நிகழும்?
(1) கரைதிறன் கூடும் (2) கரைதிறன் குறையும் (3) கரைதிறன் மாறாது (4) Ksp கூடும் (5) AgCl முற்றாகக் கரைந்துவிடும்
விடை: (2). NaCl கரைந்து பொது அயனான Cl⁻ ஐ வழங்குகின்றது; இதனால் கரைசலில் [Cl⁻] கூடுகின்றது. லீ-சாட்டெலியர் கோட்பாட்டின்படி AgCl(s) ⇌ Ag⁺ + Cl⁻ எனும் சமநிலை திண்மப் பக்கம் (இடப்புறம்) நகர்ந்து AgCl படிகின்றது; எனவே AgCl இன் கரைதிறன் குறைகின்றது — இதுவே பொது அயன் விளைவு (common-ion effect). Ksp வெப்பநிலையை மட்டுமே சார்ந்ததால் மாறுவதில்லை.
21. இரு கரைசல்களைக் கலக்கும்போது ஒரு படிவு (precipitate) உருவாகும் என்பதை முன்கணிக்கும் சரியான நிபந்தனை எது?
(1) அயனிப் பெருக்கம் = Ksp (2) அயனிப் பெருக்கம் < Ksp (3) அயனிப் பெருக்கம் > Ksp (4) Ksp = 0 (5) கரைசல் நடுநிலையாக இருக்கும்போது
விடை: (3). கலந்த கரைசலில் சம்பந்தப்பட்ட அயன்களின் செறிவுகளால் கணிக்கப்படும் அயனிப் பெருக்கத்தை (ionic product, Q) Ksp உடன் ஒப்பிட வேண்டும். Q > Ksp எனின் கரைசல் மீ-நிறைவுற்றது, படிவு உருவாகித் தொகுதி சமநிலையை அடைகின்றது. Q = Ksp எனின் கரைசல் சரியாக நிறைவுற்றுள்ளது (படிவு இல்லை); Q < Ksp எனின் கரைசல் நிறைவுறாதது, படிவு உருவாகாது.
22. ஒரு வலிமையான அமிலத்தை ஒரு வலிமையான கூழ்மத்துடன் தடுப்பேற்றம் செய்யும்போது சமான புள்ளியில் (equivalence point) pH ஏறக்குறைய என்னவாக இருக்கும், எந்தச் சுட்டியைத் (indicator) தெரிவு செய்யலாம்?
(1) pH ≈ 7; பினொல்தாலின் அல்லது மெத்தில் ஒரேஞ்சு இரண்டும் பொருத்தம் (2) pH ≈ 2; மெத்தில் ஒரேஞ்சு மட்டும் (3) pH ≈ 12; பினொல்தாலின் மட்டும் (4) pH ≈ 0; எந்தச் சுட்டியும் தேவையில்லை (5) pH ≈ 9; லிட்மஸ் மட்டும்
விடை: (1). வலிமையான அமிலம்–வலிமையான கூழ்மத் தடுப்பேற்றத்தில் உருவாகும் உப்பு வலிமை+வலிமை வகையாதலால் சமான புள்ளியில் கரைசல் நடுநிலையானது, pH ≈ 7. மேலும் இவ்வகைத் தடுப்பேற்றத்தில் சமான புள்ளியில் pH மிகப் பரந்த செங்குத்துப் பகுதியைக் (ஏறக்குறைய pH 3 முதல் 11 வரை) காட்டுகின்றது; எனவே பினொல்தாலின் (pH 8.3–10.0) அல்லது மெத்தில் ஒரேஞ்சு (pH 3.1–4.4) — இரண்டின் நிற மாற்ற வீச்சும் செங்குத்துப் பகுதியுள் அமைவதால் — பயன்படுத்தலாம்.
23. ரௌல்ட் விதியிலிருந்து (Raoult's law) நேர்விலகல் (positive deviation) காட்டும் ஒரு கூட்டுக் கலவை பற்றிய சரியான கூற்று எது?
(1) கலவையின் ஆவி அமுக்கம் ரௌல்ட் விதி கணிப்பதைவிடக் குறைவு (2) கலவையின் ஆவி அமுக்கம் ரௌல்ட் விதி கணிப்பதைவிடக் கூடுதல்; A–B கவர்ச்சி A–A, B–B கவர்ச்சிகளைவிட வலுக் குறைவு (3) கலப்பின்போது வெப்பம் வெளியேறுகின்றது (4) கலவை எப்போதும் தூய நிலையில் கொதிக்கின்றது (5) கலவை ஒரு திண்மக் கரைசலாகும்
விடை: (2). நேர்விலகலில் கலவையின் மொத்த ஆவி அமுக்கம் ரௌல்ட் விதி கணிக்கும் இலட்சிய பெறுமானத்தைவிடக் கூடுதல். இதற்குக் காரணம் வேறுபட்ட மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான கவர்ச்சி (A–B) ஒரே வகை மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான கவர்ச்சிகளை (A–A, B–B) விட வலுக் குறைவாக இருப்பதே; மூலக்கூறுகள் எளிதாக ஆவியாகின்றன. கலப்பின்போது வெப்பம் உறிஞ்சப்படுகின்றது (அகவெப்பம்). அதிக நேர்விலகல் ஒரு குறைந்த-கொதிநிலை இணைகொதிக் கலவையைத் (azeotrope) தரக்கூடும்.
24. ஒரு கரைபொருளை நீரிலிருந்து ஒரு கரிமக் கரைப்பானுக்குப் பிரித்தெடுக்கும்போது (solvent extraction), கொடுக்கப்பட்ட மொத்தக் கரைப்பானால் அதிக அளவு கரைபொருளைப் பெறச் சரியான முறை எது?
(1) மொத்தக் கரைப்பானையும் ஒரே பெரும் பங்காகப் பயன்படுத்துதல் (2) கரைப்பானைப் பல சிறு பங்குகளாகப் பிரித்து மீண்டும் மீண்டும் பிரித்தெடுத்தல் (3) வெப்பநிலையை உயர்த்துதல் மட்டும் (4) நீரின் அளவைக் கூட்டுதல் (5) கரைப்பானைச் சேர்க்காமல் வடித்தல்
விடை: (2). ஒவ்வொரு பிரித்தெடுப்பிலும் கரைபொருள் பகுதிக் குணகத்தால் (partition coefficient) தீர்மானிக்கப்படும் ஒரு குறித்த விகிதத்திலேயே இரு கட்டங்களுக்கிடையே பகிரப்படுகின்றது. அதே மொத்தக் கரைப்பானைப் பல சிறு பங்குகளாகப் பிரித்து ஒவ்வொரு பங்காகவும் பயன்படுத்தினால், ஒவ்வொரு படியிலும் மீதமுள்ள கரைபொருளில் ஒரு பகுதி அகற்றப்படுவதால், ஒரே பெரும் பங்காகப் பயன்படுத்துவதைவிட அதிக மொத்த அளவு கரைபொருள் பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றது.
பகுதி II — கட்டமைப்பு வினாக்கள்
அனைத்துப் படிகளையும் காட்டி, மாதிரி விடையுடன் ஒப்பிடுக.
(அ) இயங்குநிலைச் சமநிலையை (dynamic equilibrium) வரைவிலக்கணம் செய்து, அதன் இரு முக்கிய இயல்புகளைக் கூறுக. (ஆ) N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) எனும் தாக்கத்திற்கு Kc இன் கோவையை எழுதி, அதன் அலகைப் பெறுக (செறிவு mol dm⁻³). (இ) பல்வகைச் சமநிலையில் தூய திண்மங்களும் தூய நீர்மங்களும் ஏன் Kc கோவையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை எனக் காரணம் கூறுக.
(ஆ) Kc = [NH₃]² ÷ ([N₂][H₂]³). அலகு = (mol dm⁻³)² ÷ ((mol dm⁻³)(mol dm⁻³)³) = (mol² dm⁻⁶) ÷ (mol⁴ dm⁻¹²) = mol⁻² dm⁶. (செறிவுகளின் மொத்த அடுக்கு தொகுதியில் 2, பகுதியில் 4 ஆதலால் நிகர அடுக்கு 2 − 4 = −2.)
(இ) ஒரு தூய திண்மத்தின் அல்லது தூய நீர்மத்தின் "செறிவு" — அதன் அடர்த்தியால் தீர்மானிக்கப்படுவது — அதன் அளவைப் பொறுத்து மாறுவதில்லை, ஒரு மாறிலியே. எனவே அதன் தொழிற்படுதிறன் (activity) 1 ஆக எடுக்கப்பட்டு Kc கோவையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை. இதனால்தான் CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) க்கு Kc = [CO₂] மட்டுமே.
(அ) லீ-சாட்டெலியர் கோட்பாட்டைக் (Le Chatelier's principle) கூறுக. (ஆ) N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g); ΔH = −92 kJ mol⁻¹ எனும் சமநிலையில் — (i) அமுக்கத்தைக் கூட்டுதல், (ii) வெப்பநிலையை உயர்த்துதல், (iii) ஒரு வினையூக்கியைச் சேர்த்தல் — ஒவ்வொன்றும் NH₃ விளைச்சலில் ஏற்படுத்தும் விளைவை விளக்குக. (இ) ஹேபர் முறையில் (Haber process) ஏறக்குறைய 450 °C எனும் சமரச வெப்பநிலை ஏன் பயன்படுத்தப்படுகின்றது எனக் கூறுக.
(ஆ) (i) அமுக்கத்தைக் கூட்டுதல்: தாக்கி பக்கம் 1 + 3 = 4 மோல் வாயுவும், விளைபொருள் பக்கம் 2 மோல் வாயுவும் உள்ளன; அமுக்கத்தைக் குறைக்கும் வகையில் வாயு மோல்கள் குறைவான வலப்புறம் (NH₃) சமநிலை நகர்ந்து விளைச்சல் கூடுகின்றது. (ii) வெப்பநிலையை உயர்த்துதல்: முன்னோக்கிய தாக்கம் புறவெப்பம்; வெப்பநிலையை உயர்த்தினால் வெப்பத்தை உறிஞ்சும் அகவெப்பத் (பின்னோக்கிய) திசையில் சமநிலை நகர்ந்து NH₃ விளைச்சல் குறைகின்றது; Kc உம் குறைகின்றது. (iii) வினையூக்கி: முன்/பின்னோக்கிய தாக்கங்களைச் சமமாக விரைவுபடுத்துவதால் சமநிலையை நகர்த்துவதில்லை; விளைச்சல் மாறாது, ஆனால் சமநிலை விரைவில் அடையப்படுகின்றது.
(இ) தாழ்ந்த வெப்பநிலை சமநிலை விளைச்சலை அதிகமாக்கினாலும், மிகத் தாழ்ந்த வெப்பநிலையில் தாக்க வீதம் மிகவும் மெதுவாகிவிடுகின்றது; உயர்ந்த வெப்பநிலை வீதத்தைக் கூட்டினாலும் விளைச்சலைக் குறைக்கின்றது. எனவே ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய விளைச்சலை ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய நேரத்தில் பெறும் ஒரு சமரச (compromise) வெப்பநிலையாக ஏறக்குறைய 450 °C பயன்படுத்தப்படுகின்றது.
(அ) நீரின் அயனிப் பெருக்கம் Kw ஐ வரைவிலக்கணம் செய்து, 25 °C இல் அதன் பெறுமானத்தைத் தருக. (ஆ) ஒரு வலிமையான அமிலமும் ஒரு மென் அமிலமும் எவ்வாறு வேறுபடுகின்றன என்பதை அயனாக்கத்தின் அடிப்படையில் விளக்குக. (இ) Ka உம் pKa உம் ஒரு அமிலத்தின் வலிமையை எவ்வாறு குறிக்கின்றன எனக் கூறுக.
(ஆ) ஒரு வலிமையான அமிலம் நீரில் முற்றாக அயனாகின்றது — அதன் மூலக்கூறுகள் அனைத்தும் H⁺ அயன்களைத் தருகின்றன (எ.கா. HCl → H⁺ + Cl⁻). ஒரு மென் அமிலம் நீரில் பகுதியளவே அயனாகின்றது — அதன் அயனாக்கம் ஒரு சமநிலையாக அமைகின்றது (HA ⇌ H⁺ + A⁻), பெரும்பாலான மூலக்கூறுகள் அயனாகாமலே இருக்கின்றன. எனவே சமச் செறிவில் வலிமையான அமிலத்தில் [H⁺] கூடுதலாகவும், மென் அமிலத்தில் குறைவாகவும் இருக்கும்.
(இ) மென் அமிலத்தின் வலிமை அதன் அமில அயனாக்க மாறிலி Ka = [H⁺][A⁻] ÷ [HA] ஆல் அளக்கப்படுகின்றது; Ka பெரிதாயின் அயனாக்கம் கூடுதல், அமிலம் வலிமையானது. வசதிக்காக pKa = −log Ka பயன்படுத்தப்படுகின்றது; Ka பெரிது எனின் pKa சிறிது. எனவே pKa சிறியதாயின் அமிலம் வலிமையானது; pKa பெரியதாயின் அமிலம் மெலிந்தது.
(அ) ஒரு இடையகக் கரைசல் (buffer solution) என்றால் என்ன என்பதைக் கூறி, ஒரு அமில இடையகத்திற்கு ஒரு உதாரணம் தருக. (ஆ) CH₃COOH/CH₃COONa இடையகத்தில் சிறிதளவு வலிமையான அமிலமும் சிறிதளவு வலிமையான கூழ்மமும் சேர்க்கப்படும்போது pH ஏறக்குறைய மாறாதிருப்பதைத் தாக்கச் சமன்பாடுகளுடன் விளக்குக. (இ) ஒரு வலிமையான அமிலம்+மென் கூழ்ம உப்பும், ஒரு மென் அமிலம்+வலிமையான கூழ்ம உப்பும் நீரில் கரைக்கப்படும்போது தரும் கரைசலின் தன்மையை விளக்குக.
(ஆ) இவ்விடையகத்தில் மென் அமிலம் CH₃COOH உம் அதன் இணைக் கூழ்மமான CH₃COO⁻ அயனும் கணிசமான செறிவில் உள்ளன. சிறிதளவு வலிமையான அமிலம் சேர்க்கப்படும்போது அதன் H⁺ அயன்களை CH₃COO⁻ நடுநிலையாக்குகின்றது: CH₃COO⁻ + H⁺ → CH₃COOH. சிறிதளவு வலிமையான கூழ்மம் சேர்க்கப்படும்போது அதன் OH⁻ அயன்களை மென் அமிலம் நடுநிலையாக்குகின்றது: CH₃COOH + OH⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O. இவ்விரு வழிகளிலும் சேர்க்கப்பட்ட அயன்கள் அகற்றப்படுவதால் [H⁺] கூர்மையாக மாறாது, pH ஏறக்குறைய மாறாதிருக்கின்றது.
(இ) வலிமையான அமிலம்+மென் கூழ்ம உப்பு (எ.கா. NH₄Cl): NH₄⁺ அயன் நீராற்பகுப்புக்கு உட்பட்டு NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺ எனப் புரோத்தனை விடுவித்து H₃O⁺ ஐ உருவாக்குகின்றது; எனவே கரைசல் அமிலத்தன்மை பெறுகின்றது (pH < 7). மென் அமிலம்+வலிமையான கூழ்ம உப்பு (எ.கா. CH₃COONa): CH₃COO⁻ அயன் நீராற்பகுப்புக்கு உட்பட்டு CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻ எனப் புரோத்தனை ஏற்று OH⁻ ஐ உருவாக்குகின்றது; எனவே கரைசல் கூழ்மத்தன்மை பெறுகின்றது (pH > 7).
ஒரு மூடிய பாத்திரத்தில் H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) எனும் தாக்கம் ஒரு குறித்த வெப்பநிலையில் சமநிலையை அடைந்தது. சமநிலையில் செறிவுகள் — [H₂] = 0.20 mol dm⁻³, [I₂] = 0.20 mol dm⁻³, [HI] = 1.60 mol dm⁻³.
(அ) Kc இன் கோவையை எழுதி, அதன் பெறுமானத்தைக் கணிக்க. (ஆ) Kc இன் அலகைப் பெறுக. (இ) இத்தாக்கத்திற்கு Kp = Kc என ஏன் கூறலாம் எனக் காரணம் கூறுக.
(ஆ) அலகு: Kc இன் அலகு = (mol dm⁻³)² ÷ ((mol dm⁻³)(mol dm⁻³)) = (mol² dm⁻⁶) ÷ (mol² dm⁻⁶) = அலகற்றது. தொகுதியிலும் பகுதியிலும் செறிவுகளின் மொத்த அடுக்கு சமமாதலால் (இரண்டிலும் 2) Kc அலகற்றது. Kc = 64 பெரிதாதலால் சமநிலையில் விளைபொருள் HI மிகுந்துள்ளது.
(இ) Kp = Kc(RT)Δn; Δn = வாயு விளைபொருள் மோல்கள் − வாயுத் தாக்கி மோல்கள் = 2 − (1 + 1) = 0. (RT)0 = 1 ஆதலால் Kp = Kc × 1 = Kc = 64. எனவே வாயு மோல்களின் எண்ணிக்கை இரு பக்கங்களிலும் சமமான இத்தாக்கத்திற்கு Kp = Kc.
(அ) 0.10 mol dm⁻³ செறிவுள்ள எத்தனோயிக் அமிலத்தின் (CH₃COOH, Ka = 1.8 × 10⁻⁵ mol dm⁻³) pH ஐக் கணிக்க (அயனாக்கம் சிறிது எனக் கொள்க). (ஆ) [CH₃COOH] = 0.10 mol dm⁻³, [CH₃COONa] = 0.10 mol dm⁻³ கொண்ட ஒரு இடையகக் கரைசலின் pH ஐ ஹென்டர்சன்–ஹாசல்பால்க் சமன்பாட்டால் கணிக்க. (இ) (அ) இலும் (ஆ) இலும் பெறப்பட்ட pH மதிப்புகள் ஏன் வேறுபடுகின்றன எனக் கூறுக. (log 1.8 = 0.26 எனக் கொள்க.)
pH = −log(1.34 × 10⁻³) = 3 − log 1.34 ≈ 3 − 0.13 = 2.87 (ஏறக்குறைய 2.9).
(ஆ) ஹென்டர்சன்–ஹாசல்பால்க்: pH = pKa + log([உப்பு] ÷ [அமிலம்]). pKa = −log Ka = −log(1.8 × 10⁻⁵) = 5 − log 1.8 = 5 − 0.26 = 4.74. [உப்பு] = [அமிலம்] ஆதலால் log(0.10 ÷ 0.10) = log 1 = 0. எனவே pH = 4.74 + 0 = 4.74.
(இ) (அ) இல் மென் அமிலம் மட்டுமே உள்ளது; அது சிறிதளவே அயனாகியும் கணிசமான [H⁺] ஐத் தருகின்றது (pH ≈ 2.9). (ஆ) இல் உப்பு CH₃COONa கணிசமான CH₃COO⁻ அயன்களைச் சேர்க்கின்றது; இவ்வயன்கள் (பொது அயன் விளைவால்) அமிலத்தின் அயனாக்கச் சமநிலையை இடப்புறம் தள்ளி [H⁺] ஐக் கணிசமாகக் குறைக்கின்றன. எனவே இடையகத்தின் pH (4.74) மென் அமிலத்தின் pH ஐ விட அதிகமானது.
(அ) 25 °C இல் கல்சியம் சல்பேற்றின் (CaSO₄) கரைதிறன் 0.0050 mol dm⁻³ எனின், அதன் கரைதிறன் பெருக்கம் Ksp ஐக் கணிக்க. (ஆ) AgCl இன் Ksp = 1.8 × 10⁻¹⁰ mol² dm⁻⁶ எனின், தூய நீரில் AgCl இன் கரைதிறனைக் (mol dm⁻³ இல்) கணிக்க. (இ) சம கனவளவுள்ள 2.0 × 10⁻³ mol dm⁻³ AgNO₃ உம் 2.0 × 10⁻³ mol dm⁻³ NaCl உம் கலக்கப்படும்போது AgCl படிவு உருவாகுமா எனக் காரணத்துடன் முடிவு செய்க.
(ஆ) AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq). கரைதிறன் s எனின் [Ag⁺] = [Cl⁻] = s; எனவே Ksp = s². s = √Ksp = √(1.8 × 10⁻¹⁰) = 1.34 × 10⁻⁵ mol dm⁻³. AgCl இன் கரைதிறன் மிகச் சிறியது — அது மென் கரையும் உப்பு.
(இ) சம கனவளவுகள் கலக்கப்படுவதால் ஒவ்வொரு அயனும் இருமடங்கு நீர்த்தாக்கப்படுகின்றது: கலந்த உடனேயான [Ag⁺] = (2.0 × 10⁻³) ÷ 2 = 1.0 × 10⁻³ mol dm⁻³; அவ்வாறே [Cl⁻] = 1.0 × 10⁻³ mol dm⁻³. அயனிப் பெருக்கம் Q = [Ag⁺][Cl⁻] = (1.0 × 10⁻³)(1.0 × 10⁻³) = 1.0 × 10⁻⁶ mol² dm⁻⁶. Q (1.0 × 10⁻⁶) > Ksp (1.8 × 10⁻¹⁰) ஆதலால் கரைசல் மீ-நிறைவுற்றுள்ளது; எனவே AgCl படிவு உருவாகும்.