அலகு 12 — விரைவு திரும்பப் பார்வை

1. இயங்குநிலைச் சமநிலையும் Kc உம் (≈ 1 நிமிடம்)

• ஒரு மூடிய தொகுதியில் ஒரு மீளும் தாக்கம் நிகழும்போது, முன்னோக்கிய வீதமும் பின்னோக்கிய வீதமும் சமமாகும் நிலையே இயங்குநிலைச் சமநிலை; தாக்கம் தொடர்ந்து நிகழ்ந்தாலும் செறிவுகள் மாறாதிருக்கின்றன.
• aA + bB ⇌ cC + dD க்கு சமநிலை மாறிலி Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ ÷ [A]ᵃ[B]ᵇ; செறிவுகள் சமநிலையில் அளக்கப்பட்டவை.
• Kc பெரிதாயின் சமநிலையில் விளைபொருள்கள் மிகுந்துள்ளன; Kc சிறிதாயின் தாக்கிகள் மிகுந்துள்ளன.
• Kc வெப்பநிலையை மட்டுமே சார்ந்தது; செறிவு, அமுக்கம், வினையூக்கி Kc இன் பெறுமானத்தை மாற்றுவதில்லை.
• பல்லினச் சமநிலையில் தூய திண்மங்களும் தூய திரவங்களும் கோவையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை.

2. Kp உம் வாயுச் சமநிலைகளும் (≈ 1 நிமிடம்)

• வாயுச் சமநிலைகளுக்கு ஒவ்வொரு வாயுவின் பகுதி அமுக்கத்தால் (partial pressure) Kp எழுதப்படுகின்றது; வாயுவின் பகுதி அமுக்கம் = மூல் பின்னம் × மொத்த அமுக்கம்.
• Kp = Kc(RT)^Δn; இங்கு Δn = வாயு விளைபொருள்களின் மூல்கள் − வாயுத் தாக்கிகளின் மூல்கள்.
• Δn = 0 எனின் Kp = Kc; எடுத்துக்காட்டு H₂ + I₂ ⇌ 2HI.
• Kp உம் வெப்பநிலையை மட்டுமே சார்ந்தது.

3. லீ-சாட்லியர் கொள்கை (≈ 1 நிமிடம்)

• சமநிலையிலுள்ள ஒரு தொகுதிக்கு ஒரு மாற்றம் கொடுக்கப்பட்டால், அம்மாற்றத்தின் விளைவைக் குறைக்கும் திசையில் சமநிலை இடம்பெயர்கின்றது.
• செறிவு: தாக்கியைக் கூட்டின் சமநிலை வலப்புறம்; விளைபொருளை நீக்கின் சமநிலை வலப்புறம்.
• அமுக்கம்: அமுக்கத்தைக் கூட்டின் குறைந்த வாயு மூல்களுள்ள பக்கம் சமநிலை நகர்கின்றது.
• வெப்பநிலை: வெப்பநிலையை உயர்த்தின் அகவெப்பத் திசையில் சமநிலை நகர்கின்றது; Kc உம் அத்திசையில் மாறுகின்றது.
• வினையூக்கி: முன்னோக்கிய, பின்னோக்கிய தாக்கங்களைச் சமமாக விரைவுபடுத்துகின்றது; சமநிலையை நகர்த்துவதில்லை, விரைவில் அடையச் செய்கின்றது மட்டுமே.

4. அமிலம்–காரச் சமநிலையும் pH உம் (≈ 1 நிமிடம்)

• நீரின் அயன் பெருக்கம் K_w = [H⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ mol² dm⁻⁶ (25 °C); pH = −log[H⁺], pH + pOH = 14.
• வலிய அமிலம் முற்றாக அயனாகும்; [H⁺] = அமிலச் செறிவு (ஒரு புரோத்தனிய அமிலத்திற்கு).
• மென் அமிலம் பகுதியளவே அயனாகும்; HA ⇌ H⁺ + A⁻ க்கு Ka = [H⁺][A⁻] ÷ [HA]; [H⁺] = √(Ka·C).
• மென் காரத்திற்கு Kb = [BH⁺][OH⁻] ÷ [B]; pKa + pKb = 14 (இணை அமிலம்–கார சோடிக்கு).
• Ka பெரிதாயின் அமிலம் வலிது; pKa சிறிதாயின் அமிலம் வலிது.

5. தாங்கல் கரைசல்கள், கரைதிறன் பெருக்கம், பங்கீட்டுக் குணகம் (≈ 1 நிமிடம்)

• தாங்கல் கரைசல் = மென் அமிலம் + அதன் உப்பு (அல்லது மென் காரம் + அதன் உப்பு); pH = pKa + log([உப்பு] ÷ [அமிலம்]).
• சிறிதளவு அமிலம் சேர்த்தால் உப்பின் எதிர் அயன் அதை நடுநிலையாக்கும்; சிறிதளவு காரம் சேர்த்தால் மென் அமிலம் அதை நடுநிலையாக்கும்.
• கரைதிறன் பெருக்கம் Ksp — குறைகரையும் உப்பு AₓBᵧ க்கு Ksp = [Aʸ⁺]ˣ[Bˣ⁻]ʸ; கரைதிறன் s இலிருந்து Ksp கணிக்கலாம்.
• பொது அயன் விளைவு — பொது அயனைச் சேர்த்தால் கரைதிறன் குறைகின்றது; அயன் பெருக்கம் > Ksp எனின் படிவு உருவாகும்.
• பங்கீட்டுக் குணகம் K = [கரைபொருள்]_A ÷ [கரைபொருள்]_B; ஒரு கரைப்பானை இரு சிறு பங்குகளாகப் பயன்படுத்தினால் ஒரே பெரும் பங்காகப் பயன்படுத்துவதைவிட அதிகக் கரைபொருள் பிரித்தெடுக்கப்படும்.

பிரிவு 1: இயங்குநிலைச் சமநிலையும் சமநிலை மாறிலி Kc உம் (3 நி)

ஒரு மீளும் தாக்கம் (reversible reaction) ஒரு மூடிய தொகுதியில் நிகழும்போது, முன்னோக்கிய தாக்கமும் பின்னோக்கிய தாக்கமும் ஒருசேர நிகழ்கின்றன. தொடக்கத்தில் தாக்கிகளின் செறிவு கூடுதலாதலால் முன்னோக்கிய வீதம் கூடுதலாகவும், பின்னோக்கிய வீதம் பூச்சியமாகவும் இருக்கின்றது. தாக்கம் முன்னேற தாக்கிகள் செலவழிந்து விளைபொருள்கள் தோன்றுவதால் முன்னோக்கிய வீதம் குறைந்தும், பின்னோக்கிய வீதம் கூடியும் செல்கின்றது. இறுதியில் இரு வீதங்களும் சமமாகும் நிலையே இயங்குநிலைச் சமநிலை (dynamic equilibrium). இந்நிலையில் தாக்கம் நின்றுவிடவில்லை — இரு தாக்கங்களும் தொடர்ந்து நிகழ்கின்றன; ஆனால் இனங்களின் செறிவுகள் மாறாதிருக்கின்றன. சமநிலையின் நிலையை ஒரு எண்ணால் வெளிப்படுத்துவதே சமநிலை மாறிலி. aA + bB ⇌ cC + dD எனும் தாக்கத்திற்கு Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ ÷ [A]ᵃ[B]ᵇ; இங்கு செறிவுகள் சமநிலையில் அளக்கப்பட்டவை, அடுக்குகள் சமன்படுத்தப்பட்ட சமன்பாட்டின் பீசமானக் குணகங்கள். Kc இன் பெறுமானம் பெரிதாயின் சமநிலையில் விளைபொருள்கள் மிகுந்துள்ளன; சிறிதாயின் தாக்கிகள் மிகுந்துள்ளன. Kc வெப்பநிலையை மட்டுமே சார்ந்தது; செறிவையோ அமுக்கத்தையோ வினையூக்கியையோ மாற்றினாலும் Kc மாறுவதில்லை. பல்லினச் சமநிலையில் (heterogeneous equilibrium) தூய திண்மங்களும் தூய திரவங்களும் கோவையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை, ஏனெனில் அவற்றின் தொழிற்படுதிறன் மாறிலியாக 1 ஆக எடுக்கப்படுகின்றது.

பிரிவு 2: Kp உம் வாயுச் சமநிலைகளும் (3 நி)

வாயுக்களை உள்ளடக்கிய ஒரு சமநிலையில், ஒவ்வொரு வாயுவின் செறிவை அதன் பகுதி அமுக்கத்தால் (partial pressure) குறிப்பிடுவது வசதியானது; ஒரு வாயுவின் பகுதி அமுக்கம் = அதன் மூல் பின்னம் × கலவையின் மொத்த அமுக்கம். பகுதி அமுக்கங்களால் எழுதப்படும் சமநிலை மாறிலியே Kp. எடுத்துக்காட்டாக N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) க்கு Kp = (p_NH₃)² ÷ (p_N₂ · p_H₂³). Kc உம் Kp உம் ஒரு குறித்த உறவால் தொடர்புபடுகின்றன: Kp = Kc(RT)^Δn; இங்கு R வாயு மாறிலி, T கெல்வினில் வெப்பநிலை, Δn = வாயு விளைபொருள்களின் மூல்களின் கூட்டுத்தொகை − வாயுத் தாக்கிகளின் மூல்களின் கூட்டுத்தொகை. வாயு மூல்களின் எண்ணிக்கை இரு பக்கங்களிலும் சமமாயின் (Δn = 0), Kp = Kc; H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) இதற்கு ஓர் எடுத்துக்காட்டு. Kp உம் வெப்பநிலையை மட்டுமே சார்ந்தது; மொத்த அமுக்கத்தை மாற்றினாலும் Kp மாறுவதில்லை, ஆனால் ஒவ்வொரு வாயுவின் பகுதி அமுக்கம் மாறி Kp இன் பெறுமானத்தைத் தக்கவைக்கும் வகையில் சமநிலை இடம்பெயரக்கூடும்.

பிரிவு 3: லீ-சாட்லியர் கொள்கைம் தொழிற்துறைப் பயன்பாடுகளும் (3 நி)

லீ-சாட்லியர் கொள்கையின்படி (Le Chatelier's principle), சமநிலையில் உள்ள ஒரு தொகுதிக்கு ஒரு மாற்றம் (செறிவு, அமுக்கம் அல்லது வெப்பநிலையில்) கொடுக்கப்பட்டால், அம்மாற்றத்தின் விளைவைக் குறைக்கும் திசையில் சமநிலை இடம்பெயர்கின்றது. செறிவு: ஒரு தாக்கியைக் கூட்டினால் அதைச் செலவழிக்கும் வகையில் சமநிலை வலப்புறம் நகர்கின்றது; ஒரு விளைபொருளை நீக்கினாலும் சமநிலை வலப்புறம் நகர்கின்றது. அமுக்கம்: அமுக்கத்தைக் கூட்டினால் வாயு மூல்களின் எண்ணிக்கை குறைவாக உள்ள பக்கம் சமநிலை நகர்ந்து அமுக்கத்தைக் குறைக்கின்றது. வெப்பநிலை: வெப்பநிலையை உயர்த்தினால் வெப்பத்தை உறிஞ்சும் அகவெப்பத் திசையில் சமநிலை நகர்கின்றது; வெப்பநிலை மட்டுமே Kc இன் பெறுமானத்தையும் மாற்றுகின்றது. வினையூக்கி முன்னோக்கிய, பின்னோக்கிய இரு தாக்கங்களையும் சமமாக விரைவுபடுத்துவதால் சமநிலையின் நிலையை மாற்றுவதில்லை; சமநிலை விரைவில் அடையப்படச் செய்கின்றது மட்டுமே. இக்கொள்கை தொழிற்துறையில் பயன்படுகின்றது: அம்மோனியாவைத் தயாரிக்கும் ஹேபர் முறையில் (Haber process) தாக்கம் புறவெப்பமும் வாயு மூல்களைக் குறைப்பதுமாதலால், கூடிய அமுக்கமும் ஓரளவு தாழ்ந்த வெப்பநிலையும் அதிக விளைச்சலைத் தரும்; ஆனால் ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய வீதத்திற்காக ஏறக்குறைய 450 °C, 200 atm, இரும்பு வினையூக்கி எனும் சமரசக் கட்டுப்பாடுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கந்தக அமிலத் தயாரிப்பின் தொடர்பு முறையிலும் (Contact process) 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ எனும் புறவெப்பச் சமநிலையில் இதே சமரசம் பயன்படுகின்றது.

பிரிவு 4: அமிலம்–காரச் சமநிலை, pH, Ka, Kb (3 நி)

நீர் சிறிதளவு அயனாகும்; அதன் அயன் பெருக்கம் K_w = [H⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ mol² dm⁻⁶ (25 °C இல்). இதிலிருந்து pH = −log[H⁺] எனவும், pH + pOH = 14 எனவும் பெறப்படுகின்றன. வலிய அமிலம் (எ.கா. HCl) நீரில் முற்றாக அயனாகும்; எனவே ஒரு புரோத்தனிய அமிலத்திற்கு [H⁺] = அமிலத்தின் செறிவு, pH நேரடியாகக் கணிக்கப்படும். வலிய காரம் (எ.கா. NaOH) முற்றாக அயனாகும்; [OH⁻] இலிருந்து pOH, பின்னர் pH = 14 − pOH. மென் அமிலம் பகுதியளவே அயனாகும்: HA ⇌ H⁺ + A⁻ க்கு அமில அயனாக்க மாறிலி Ka = [H⁺][A⁻] ÷ [HA]; செறிவு C உள்ள மென் அமிலத்திற்கு, அயனாக்கம் சிறிதாயின் [H⁺] = √(Ka·C), pH = ½(pKa − log C). Ka பெரிதாயின் அமிலம் வலிமையானது; pKa = −log Ka, எனவே pKa சிறிதாயின் அமிலம் வலிமையானது. மென் காரத்திற்கு Kb = [BH⁺][OH⁻] ÷ [B]; ஒரு இணை அமிலம்–கார சோடிக்கு Ka·Kb = K_w, எனவே pKa + pKb = 14. ஒரு அமிலம் வலிமையானால் அதன் இணைக் காரம் பலவீனமானது.

பிரிவு 5: தாங்கல் கரைசல்கள், நியமன வளையிகள், கரைதிறன் பெருக்கம், அவத்தைச் சமநிலை (3 நி)

ஒரு தாங்கல் கரைசல் (buffer solution) சிறிதளவு அமிலமோ காரமோ சேர்க்கப்பட்டாலும் தனது pH ஐ ஏறக்குறைய மாறாமல் வைக்கும் கரைசல்; அது மென் அமிலமும் அதன் உப்பும் (எ.கா. CH₃COOH + CH₃COONa) அல்லது மென் காரமும் அதன் உப்பும் கொண்டது. ஹென்டர்சன்–ஹாசல்பால்க் சமன்பாடு pH = pKa + log([உப்பு] ÷ [அமிலம்]) தாங்கல் கரைசலின் pH ஐத் தருகின்றது; [உப்பு] = [அமிலம்] எனின் pH = pKa. நியமன வளையியில் (titration curve) கூட்டப்படும் கரைசலின் கனவளவுக்கு எதிராக pH வரையப்படுகின்றது; சமான புள்ளியில் (equivalence point) pH ஒரு செங்குத்துத் தாவலைக் காட்டுகின்றது. சமவலுப் புள்ளியின் pH உருவாகும் உப்பின் தன்மையால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றது: வலிய அமிலம்–வலிய கார நியமனத்தில் pH ≈ 7; வலிய அமிலம்–மென் காரத்தில் pH < 7; மென் அமிலம்–வலிய காரத்தில் pH > 7. காட்டியின் (indicator) நிற மாற்ற வீச்சு செங்குத்துப் பகுதியுள் அமைய வேண்டும். கரைதிறன் பெருக்கம் Ksp குறைகரையும் ஓர் உப்பு AₓBᵧ(s) ⇌ xAʸ⁺(aq) + yBˣ⁻(aq) க்கான சமநிலை மாறிலி: Ksp = [Aʸ⁺]ˣ[Bˣ⁻]ʸ. ஒரு பொது அயனைச் சேர்த்தால் பொது அயன் விளைவால் சமநிலை திண்மப் பக்கம் நகர்ந்து கரைதிறன் குறைகின்றது. ஒரு கலவையில் அயன் பெருக்கம் Ksp ஐ விட அதிகமாயின் படிவு உருவாகும். அவத்தைச் சமநிலையில் (phase equilibria) ரௌல்ட் விதி ஒவ்வொரு கூட்டுப் பகுதியின் ஆவி அமுக்கத்தை அதன் மூல் பின்னத்தால் தருகின்றது; கூட்டுச் சார்பு பகுதிபடக் காய்ச்சிவடித்தலின் (fractional distillation) அடிப்படை. இரு கலவாத் திரவங்களிடையே ஒரு கரைபொருள் பகிரப்படும் விகிதமே பங்கீட்டுக் குணகம், கரைப்பான் பிரித்தெடுப்பின் அடிப்படை.

அத்தியாவசிய அட்டவணை (1 நி)

தலைப்பு	முக்கிய உண்மை	குறிப்பு
இயங்குநிலைச் சமநிலை	முன்னோக்கிய, பின்னோக்கிய வீதங்கள் சமம்	செறிவுகள் மாறாது
Kc	[விளைபொருள்]/[தாக்கி], அடுக்கு = குணகம்	வெப்பநிலையை மட்டும் சார்ந்தது
Kp	பகுதி அமுக்கங்களால்; Kp = Kc(RT)Δn	Δn = 0 எனின் Kp = Kc
பல்லினச் சமநிலை	தூய திண்மம் அல்லது திரவம் கோவையில் இல்லை	தொழிற்படுதிறன் = 1
லீ-சாட்லியர்	மாற்றத்தைக் குறைக்கும் திசையில் நகர்வு	வினையூக்கி நகர்த்தாது
Kw	[H⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ (25 °C)	pH + pOH = 14
வலிய அமிலம்	முற்றாக அயனாகும்; [H⁺] = செறிவு	pH = −log[H⁺]
மென் அமிலம்	Ka = [H⁺][A⁻]/[HA]; [H⁺] = √(Ka·C)	pKa சிறிது = வலிது
தாங்கல் கரைசல்	pH = pKa + log([உப்பு]/[அமிலம்])	சம செறிவு எனின் pH = pKa
உப்பு நீராற்பகுப்பு	வலிய+மென் சோடியின் உப்பு கரைசலின் pH ஐ மாற்றும்	வலிய+வலிய = நடுநிலை
Ksp	[Aʸ⁺]ˣ[Bˣ⁻]ʸ; குறைகரையும் உப்பு	அயன் பெருக்கம் > Ksp → படிவு
பொது அயன் விளைவு	பொது அயன் → கரைதிறன் குறைவு	லீ-சாட்லியர் பயன்பாடு
காட்டித் தெரிவு	நிற மாற்ற வீச்சு செங்குத்துப் பகுதியுள்	உப்பின் தன்மை = சமவலுப் புள்ளியின் pH
ரௌல்ட் விதி	p = x × p°; அபூரண கலவைகளில் விலகல்	பகுதிபடக் காய்ச்சிவடித்தலின் அடிப்படை
பங்கீட்டுக் குணகம்	K = [கரைபொருள்]A/[கரைபொருள்]B	பல சிறு பங்குகள் சிறந்தவை