பாடங்கள் · அலகு 3 · இரசாயனச் சூத்திரங்கள்

இரசாயனச் சூத்திரங்கள் — அனுபவ மற்றும் மூலக்கூற்று

முழுமையான பார்வை — இரசாயனச் சூத்திரம் (chemical formula) ஏன் முக்கியம்?

மூல் அலகு — கார்பன்-12
*Mole unit — carbon-12*
Wikipedia → · CC

ஒரு சேர்வையை (compound) அதில் அடங்கியுள்ள அணுக்களின் (atom) வகைகளாலும் எண்ணிக்கையாலும் சுருக்கமாகக் குறிப்பிடுவதற்கு இரசாயனவியலில் (chemistry) பயன்படுத்தப்படும் குறியீட்டு முறையே இரசாயனச் சூத்திரம் ஆகும். ஒரு பரிசோதனையின் மூலம் ஒரு சேர்வையில் காணப்படும் ஒவ்வொரு மூலகத்தினதும் திணிவைத் துணிய முடியும்; ஆனால் அந்தத் திணிவுத் தரவுகளை அர்த்தமுள்ள ஒரு சூத்திரமாக மாற்றுவதற்கு ஒரு கணித முறைமை தேவைப்படுகிறது. இந்தப் பாடம் அந்த முறைமையைக் கற்பிக்கின்றது.

இங்கு இரண்டு வகையான சூத்திரங்களை வேறுபடுத்தி விளங்கிக் கொள்வது அவசியமாகும். ஒரு சேர்வையிலுள்ள மூலகங்களின் அணுக்களுக்கிடையிலான மிகச் சிறிய முழு எண் விகிதத்தைக் காட்டுவது அனுபவச் சூத்திரம் (empirical formula) எனப்படும். ஒரு மூலக்கூற்றில் உண்மையாகக் காணப்படும் ஒவ்வொரு வகை அணுவினதும் சரியான எண்ணிக்கையைக் காட்டுவது மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் (molecular formula) ஆகும். உதாரணமாக, ஐதரசன் பெரொக்சைட்டின் மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் H₂O₂ ஆகும்; ஆனால் அதன் அனுபவச் சூத்திரம் HO ஆகும். இவ்விரண்டினதும் தொடர்பை அறிவதே இப்பாடத்தின் மையக் கருத்தாகும்.

இம்முறைமை ஏன் இன்றியமையாதது என்றால், ஒரு புதிய சேர்வையை இனம் காணும் ஒவ்வொரு சந்தர்ப்பத்திலும் பகுப்பாய்வாளர் கையில் பெறுவது சதவீதத் தரவுகளே; அந்தத் தரவுகளிலிருந்து சூத்திரத்தைக் கட்டியெழுப்ப வேண்டியுள்ளது. திணிவை மூல் (mole) எண்ணிக்கையாக மாற்றும்போதுதான் அணுக்களுக்கிடையிலான உண்மையான விகிதம் வெளிப்படுகின்றது. ஆகவே மூல் கருத்தாக்கம் இந்தப் பாடத்தின் அடிப்படையாக அமைகின்றது.

1. சூத்திரத்திலிருந்து திணிவுச் சதவீதம்

ஒரு சேர்வையின் சூத்திரம் தெரிந்திருக்கும்போது, அதிலுள்ள ஒரு மூலகத்தின் திணிவுச் சதவீதத்தை (mass percentage) கணிக்க முடியும். ஒரு மூல் சேர்வையில் அந்த மூலகத்தின் அணுக்கள் எத்தனை மூல் அளவில் உள்ளனவோ, அந்த எண்ணிக்கையை அந்த மூலகத்தின் மூலர் திணிவால் (molar mass) பெருக்கி, சேர்வையின் மொத்த மூலர் திணிவால் வகுத்து 100 ஆல் பெருக்கினால் சதவீதம் கிடைக்கின்றது. ஒரு சேர்வையின் எல்லா மூலகங்களினதும் திணிவுச் சதவீதங்களின் கூட்டுத்தொகை எப்பொழுதும் 100% ஆகவே இருப்பதனால், இது விடையைச் சரிபார்ப்பதற்கான வாய்ப்பையும் வழங்குகின்றது.

X இன் திணிவுச் சதவீதம் = (X இன் மூல்கள் × X இன் மூலர் திணிவு) ÷ சேர்வையின் மூலர் திணிவு × 100%

பகுப்பு 1 — எத்தேனில் (C₂H₆) காபன், ஐதரசன் ஆகியவற்றின் திணிவுச் சதவீதம். ஒரு மூல் எத்தேனில் இரண்டு மூல் காபன் அணுக்களும், ஆறு மூல் ஐதரசன் அணுக்களும் காணப்படுகின்றன. அணுத்திணிவுகள் C = 12, H = 1 எனக் கொள்க.

எத்தேனின் மூலர் திணிவு = 2(12) + 6(1) = 24 + 6 = 30 g mol⁻¹

காபனின் திணிவுச் சதவீதம் = (2 × 12) ÷ 30 × 100% = 24 ÷ 30 × 100% = 80%
ஐதரசனின் திணிவுச் சதவீதம் = (6 × 1) ÷ 30 × 100% = 6 ÷ 30 × 100% = 20%

சரிபார்ப்பு: 80% + 20% = 100% ✓

பகுப்பு உதாரணம் — தொழிற்துறை/சுரங்கத் தாது தூய்மைக் கணக்கு: ஓர் இரும்புத் தாதுவில் 66.4% Fe₂O₃ மட்டுமே உள்ளது (மீதி கலப்படம்). 1 kg தூய Fe₂O₃ பெறுவதற்குத் தேவையான தாதுவின் திணிவைக் காண்க. (Fe = 56, O = 16)

படி 1 — Fe₂O₃ இன் மோலார் திணிவு = 2(56) + 3(16) = 160 g mol⁻¹

படி 2 — Fe இன் திணிவுச் சதவீதம் = (2×56) ÷ 160 × 100% = 70%

படி 3 — "1 kg தூய Fe₂O₃" என்பதே இங்கு நேரடித் தரவு; கூடுதல் மாற்றம் தேவையில்லை.

படி 4 — 66.4% Fe₂O₃ கொண்ட தாதுவின் திணிவு (விகிதம் மூலம்):
  66.4 g Fe₂O₃ ⟷ 100 g தாது
  1000 g Fe₂O₃ ⟷ x g தாது
  x = (100 ÷ 66.4) × 1000 = 1506.0 g தாது ≈ 1.506 kg

💡 முறை

இக்கணக்கு பல படி விகிதங்களை ஒரு சங்கிலியில் இணைக்கின்றது — ஒவ்வொரு படியும் தனியாகப் பார்த்தால் எளிய விகித-விதிக் கணக்கே. சிரமம் எதுவும் இல்லை, ஆனால் எந்தத் தரவு "நேரடியாகக் கொடுக்கப்பட்டது" (இங்கு 1 kg தூய Fe₂O₃) என்பதையும் எது "கணக்கிடப்பட வேண்டியது" (தாதுவின் மொத்த திணிவு, சதவீதத் தூய்மையின் தலைகீழ் மூலம்) என்பதையும் தெளிவாகப் பிரித்தறிதலே திறவுகோல்.

2. சதவீத அமைப்பிலிருந்து அனுபவச் சூத்திரத்தைத் துணிதல்

தனிம பகுப்பு கருவி
*Elemental analyser (% composition)*
Wikipedia → · CC

ஒரு புதிய சேர்வை இனம் காணப்படும்போது, பரிசோதனை முறைகள் மூலம் கிடைப்பது ஒவ்வொரு மூலகத்தினதும் திணிவுச் சதவீதமே. அந்தத் தரவுகளிலிருந்து அனுபவச் சூத்திரத்தைப் பெறுவதற்கான பருமுறைகள் கீழே தரப்பட்டுள்ளன. அமைப்புச் சதவீதங்களின் கூட்டுத்தொகை 100% ஆகவே இருப்பதனால், சேர்வையின் மொத்தத் திணிவை 100 g எனக் கருதிக் கொள்வது கணிப்பை எளிதாக்கும்; ஒவ்வொரு சதவீதமும் அப்பொழுது நேரடியாக ஒரு திணிவாக மாறிவிடுகின்றது.

சேர்வையில் காணப்படும் ஒவ்வொரு மூலகத்தினதும் திணிவை கிராமில் பெறுக (100 g மாதிரியைக் கருதின், சதவீதமே திணிவாகும்).
ஒவ்வொரு திணிவையும் அந்த மூலகத்தின் அணுத்திணிவால் வகுத்து, ஒவ்வொரு வகை அணுவினதும் மூல் எண்ணிக்கையைத் துணிக.
மிகக் குறைந்த மூல் எண்ணிக்கை 1 ஆகுமாறு, ஒவ்வொரு மூல் எண்ணிக்கையையும் அந்தச் சிறிய எண்ணிக்கையால் வகுக்க.
படி 3 இல் கிடைத்தவை முழு எண்களாக இல்லாவிடின், எல்லாவற்றையும் முழு எண்களாக்கும் மிகச் சிறிய முழு எண்ணால் பெருக்கி, அண்மை முழு எண்களாக மாற்றுக.

பகுப்பு 2 — காபன் 40.0%, ஐதரசன் 6.7%, ஒட்சிசன் 53.3% கொண்ட ஒரு சேர்வையின் அனுபவச் சூத்திரம். அணுத்திணிவுகள் C = 12, H = 1, O = 16.

படி 1 — 100 g மாதிரி: C = 40.0 g, H = 6.7 g, O = 53.3 g

படி 2 — மூல் எண்ணிக்கைகள்:
C : 40.0 ÷ 12 = 3.33 mol
H : 6.7 ÷ 1 = 6.7 mol
O : 53.3 ÷ 16 = 3.33 mol

படி 3 — மிகச் சிறிய எண்ணிக்கையான 3.33 ஆல் வகுத்தல்:
C : 3.33 ÷ 3.33 = 1
H : 6.7 ÷ 3.33 = 2
O : 3.33 ÷ 3.33 = 1

அனுபவச் சூத்திரம் = CH₂O

3. அனுபவச் சூத்திரம் + மூலக்கூற்றுத் திணிவிலிருந்து மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம்

குளுக்கோசு மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் C₆H₁₂O₆
*Glucose molecular formula C₆H₁₂O₆*
Wikipedia → · CC

அனுபவச் சூத்திரம் அணுக்களின் விகிதத்தை மட்டுமே தருகின்றது; ஒரு மூலக்கூற்றில் உண்மையில் எத்தனை அணுக்கள் உள்ளன என்பதைத் தராது. அதைத் துணிய சேர்வையின் மூலர் திணிவு (மூலக்கூற்றுத் திணிவு) தெரிந்திருக்க வேண்டும். மூலக்கூற்றுத் திணிவை அனுபவச் சூத்திரத் திணிவால் வகுத்தால் ஒரு முழு எண் n கிடைக்கின்றது; அனுபவச் சூத்திரத்தின் ஒவ்வொரு குறியீட்டினதும் கீழெண்ணை அந்த n ஆல் பெருக்கினால் மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் பெறப்படுகின்றது.

n = மூலக்கூற்றுத் திணிவு ÷ அனுபவச் சூத்திரத் திணிவு
மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் = (அனுபவச் சூத்திரம்) × n

பகுப்பு 3 — அனுபவச் சூத்திரம் CH₂O, மூலர் திணிவு 180 g mol⁻¹ கொண்ட சேர்வையின் மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம்.

அனுபவச் சூத்திரத் திணிவு = 12 + 2(1) + 16 = 30 g mol⁻¹

n = மூலக்கூற்றுத் திணிவு ÷ அனுபவச் சூத்திரத் திணிவு = 180 ÷ 30 = 6

மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் = (CH₂O) × 6 = C₆H₁₂O₆ (குளுக்கோசு)

NIE பாடநூலின் உதாரணம் 3.3 இதே முறைமையைக் காட்டுகின்றது. Cl 71.65%, C 24.27%, H 4.07% கொண்ட, மூலர் திணிவு 98 g mol⁻¹ ஆன ஒரு சேர்வையின் அனுபவச் சூத்திரம் CHCl எனவும் (அனுபவச் சூத்திரத் திணிவு 49 g mol⁻¹), n = 98 ÷ 49 = 2 எனவும் கணிக்கப்படுகின்றது. எனவே அதன் மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் C₂H₂Cl₂ ஆகும்.

📝 தேர்வாளர் குறிப்பு

சதவீத அமைப்பிலிருந்து சூத்திரம் காணும் வினா கிட்டத்தட்ட ஒவ்வொரு வருடமும் கேட்கப்படுகின்றது. 100 g மாதிரியைக் கருதி ஆரம்பிப்பது மிகப் பாதுகாப்பான வழியாகும்.
படி 3 இல் 1.5, 1.33, 2.5 போன்ற எண்கள் கிடைப்பின் அவற்றை வட்டமிட்டு விடாதீர்கள்; முறையே 2, 3, 2 ஆல் பெருக்கி முழு எண்களாக்குங்கள். NIE விதியின்படி தசம பாகம் 0.2 இற்குக் குறைவாயின் கீழ்நோக்கியும், 0.8 இற்கு உயர்வாயின் மேல்நோக்கியும் வட்டமிடப்படும்.
அனுபவச் சூத்திரத்தையும் மூலக்கூற்றுச் சூத்திரத்தையும் குழப்பிக் கொள்ள வேண்டாம் — மூலர் திணிவு தரப்படாவிட்டால் மூலக்கூற்றுச் சூத்திரத்தைத் துணிய முடியாது.

இரசாயன சூத்திரம்
*Chemical formulae*
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 மேலும் பயிற்சி செய்ய

📝 வினாத்தொகுப்பு 📄 கடந்தகால வினாத்தாள்கள் 🧠 மைண்ட்மாப்கள்

← அலகு 3