📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள் · அலகு 3 · கரைசல் தயாரித்தல்

கரைசல்களைத் தயாரித்தல்

முழுமையான பார்வை — நியமக் கரைசல் (standard solution) ஏன் தேவைப்படுகின்றது?

நியமக் கரைசல் தயாரிப்பு
Standard solution preparation
Wikipedia → · CC

ஒரு கரையம் (solute) ஒரு கரைப்பானில் (solvent) கரைக்கப்பட்டு உருவாகும் ஏகவினக் கலவையே கரைசல் (solution) என அறியப்படுகின்றது. பல்வேறு பகுப்பாய்வுச் செயல்முறைகளில், செறிவு (concentration) மிகத் திருத்தமாகத் தெரிந்திருக்கும் ஒரு கரைசல் தேவைப்படுகின்றது. அவ்வாறு செறிவு மிகத் திருத்தமாக அறியப்பட்ட, கவனமாகத் தயாரிக்கப்பட்ட ஒரு கரைசலே நியமக் கரைசல் (standard solution) என அழைக்கப்படுகின்றது.

ஒரு நியமக் கரைசலைத் தயாரிக்க, செறிவு உறுதியாகத் தெரிந்த ஒரு பொருள் ஆரம்பப் புள்ளியாக அமைய வேண்டும். மிகத் தூய்மையாகவும், காற்றிலும் சேமிப்பிலும் உறுதியானதாகவும், நீரேற்றப்படாததாகவும், உயர் மூலக்கூற்றுத் திணிவைக் கொண்டதாகவும் இருக்கும் சேர்வைகளே முதன்மை நியமம் (primary standard) என அழைக்கப்படுகின்றன. இத்தகைய சேர்வையின் ஒரு துல்லியமான திணிவை நிறுத்து அறிய முடிவதனால், அதிலிருந்து செறிவு துல்லியமாகத் தெரிந்த ஒரு கரைசலை நேரடியாகத் தயாரிக்க முடிகின்றது. காற்றினின்று ஈரத்தை உறிஞ்சும் அல்லது நீரேற்றப்படும் சேர்வைகள் முதன்மை நியமமாகப் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை; ஏனெனில் அவற்றின் உண்மையான திணிவைத் துல்லியமாக அறிய முடியாது. சோடியம் காபனேற்று (Na₂CO₃) போன்ற நீரற்ற, தூய சேர்வைகள் முதன்மை நியமங்களுக்கு நல்ல உதாரணங்களாகும்.

முதன்மை நியமமாகப் பயன்படுத்த முடியாத இரசாயனங்களின் கரைசல்கள், ஏற்கனவே தயாரிக்கப்பட்ட முதன்மை நியமக் கரைசலுக்கு எதிராக நியம வளவாக்கம் (standardisation) செய்யப்படுகின்றன; அதாவது அவற்றின் சரியான செறிவு பின்னர் ஒரு தாக்கத்தின் மூலம் துணியப்படுகின்றது. இப்பாடத்தில், செறிவு துல்லியமாகத் தெரிந்த ஒரு கரைசலைத் தயாரிக்கும் இரு முறைகள் கற்பிக்கப்படுகின்றன — தூய சேர்வையின் அளந்தெடுக்கப்பட்ட திணிவைக் கரைத்தல், மற்றும் செறிந்த ஒரு கரைசலை ஐதாக்கல் (dilution).

What makes a good primary standard? a substance you can weigh to get an accurately known concentration ✓ Very pure no impurities to distort the mass ✓ Stable in air and storage does not react or decompose ✓ Non-hygroscopic (anhydrous) does not absorb water from the air ✓ High molar mass weighing error is a smaller fraction GOOD: Na₂CO₃ anhydrous, pure, stable POOR: NaOH absorbs moisture and CO₂
Preparing a Standard Solution in a Volumetric Flask calibration mark volumetric flask (fixed, accurate volume) 1 Weigh an accurate mass of solute 2 Dissolve in a little water in a beaker 3 Transfer with rinsings to flask 4 Add water up to the calibration mark 5 Stopper and invert to mix thoroughly known mass of solute ÷ known final volume = accurately known concentration

1. நியமக் கரைசலைத் தயாரிக்கும் செயல்முறை

கனவளவுக் குடுவை
Volumetric flask
Wikipedia → · CC

தூய சேர்வையின் ஒரு துல்லியமான திணிவைக் கரைத்து நியமக் கரைசலைத் தயாரிக்கும் செயல்முறை கீழே தரப்பட்டுள்ளது. இங்கு ஒவ்வொரு படியும் கடந்த கால செயப்பாட்டு வினையாக விவரிக்கப்படுகின்றது.

  1. தேவையான கரையத்தின் திணிவு கணிக்கப்பட்டது; அத்திணிவு ஒரு பகுப்பாய்வுத் தராசில் துல்லியமாக நிறுக்கப்பட்டது.
  2. நிறுக்கப்பட்ட கரையம் ஒரு குடுவையினுள் (beaker) இடப்பட்டு, சிறிய கனவளவு காய்ச்சி வடித்த நீரில் முற்றாகக் கரைக்கப்பட்டது.
  3. கரைந்த கரைசல், கனவளவுக் குடுவையினுள் (volumetric flask) மாற்றப்பட்டது. குடுவையும் கண்ணாடித் தடியும் காய்ச்சி வடித்த நீரால் கழுவப்பட்டு, அக்கழுவல் நீரும் கனவளவுக் குடுவையினுள் சேர்க்கப்பட்டது; இதனால் கரையத்தின் முழுத் திணிவும் இடமாற்றப்பட்டது.
  4. காய்ச்சி வடித்த நீர், கனவளவுக் குடுவையின் குறி (calibration mark) வரை சேர்க்கப்பட்டது. கடைசிச் சில துளிகள் ஒரு துளிக்குழாயால் சேர்க்கப்பட்டு, கீழ் வளைதலின் (meniscus) அடிப்பகுதி குறியுடன் ஒத்திருந்தது.
  5. குடுவை ஒரு மூடியால் மூடப்பட்டு, பலமுறை தலைகீழாகப் புரட்டப்பட்டது; இதனால் கரைசல் ஒரே சீராகக் கலந்தது.

2. நிறுக்க வேண்டிய திணிவைக் கணித்தல்

எத்தனை கரையத்தை நிறுக்க வேண்டும் என்பது கணிப்பின் மூலம் முதலில் துணியப்படுகின்றது. தேவையான மூல் (mole) எண்ணிக்கையானது செறிவையும் கனவளவையும் பெருக்கிப் பெறப்படுகின்றது; அந்த மூல் எண்ணிக்கையை மூலர் திணிவால் (molar mass) பெருக்கினால் நிறுக்க வேண்டிய திணிவு கிடைக்கின்றது. கனவளவு டெசிமீற்றர் கனத்தில் (dm³) பயன்படுத்தப்பட வேண்டும்.

கரையத்தின் திணிவு = செறிவு (mol dm⁻³) × கனவளவு (dm³) × மூலர் திணிவு (g mol⁻¹)

பகுப்பு 1 — 0.100 mol dm⁻³ செறிவுடைய 250 cm³ சோடியம் காபனேற்று (Na₂CO₃) கரைசலைத் தயாரிக்க, எத்தனை கிராம் Na₂CO₃ நிறுக்கப்பட வேண்டும்? அணுத்திணிவுகள் Na = 23, C = 12, O = 16 எனக் கொள்க.

Na₂CO₃ இன் மூலர் திணிவு = 2(23) + 12 + 3(16) = 46 + 12 + 48 = 106 g mol⁻¹

கனவளவு cm³ இலிருந்து dm³ ஆக மாற்றப்பட்டது: 250 cm³ ÷ 1000 = 0.250 dm³

தேவையான Na₂CO₃ இன் மூல் எண்ணிக்கை = செறிவு × கனவளவு
= 0.100 mol dm⁻³ × 0.250 dm³ = 0.0250 mol

நிறுக்க வேண்டிய திணிவு = மூல் எண்ணிக்கை × மூலர் திணிவு
= 0.0250 mol × 106 g mol⁻¹ = 2.65 g

எனவே 2.65 g Na₂CO₃ துல்லியமாக நிறுக்கப்பட்டு, மேலே தரப்பட்ட செயல்முறையின்படி 250 cm³ கனவளவுக் குடுவையில் கரைசல் தயாரிக்கப்படுகின்றது.

3. ஐதாக்கல் — C₁V₁ = C₂V₂ தொடர்பு

தொடர் ஐதாக்கல்
Serial dilution
Wikipedia → · CC

ஏற்கனவே தயாரிக்கப்பட்ட ஒரு செறிந்த கரைசலிலிருந்து (இது சேகரிப்புக் கரைசல் — stock solution எனப்படும்) குறைந்த செறிவுடைய ஒரு கரைசலைத் தயாரிப்பது ஐதாக்கல் (dilution) என அழைக்கப்படுகின்றது. ஐதாக்கும்போது கரைசலுக்கு நீர் மாத்திரமே சேர்க்கப்படுகின்றது; கரையம் சேர்க்கப்படுவதில்லை. ஆகவே கரைசலில் உள்ள கரையத்தின் மூல் எண்ணிக்கை மாறாமல் அப்படியே இருக்கின்றது — கனவளவு மட்டுமே அதிகரிக்கின்றது, அதனால் செறிவு குறைகின்றது.

C₁V₁ = C₂V₂
C₁, V₁ = ஐதாக்கலுக்கு முன்னைய செறிவும் கனவளவும்
C₂, V₂ = ஐதாக்கலுக்குப் பின்னைய செறிவும் கனவளவும்

இந்தத் தொடர்பு செல்லுபடியாகக் காரணம், செறிவையும் கனவளவையும் பெருக்கிய பெறுபேறு அக்கரைசலில் உள்ள கரையத்தின் மூல் எண்ணிக்கையே ஆகும். ஐதாக்கலின்போது அந்த மூல் எண்ணிக்கை மாறாததால், C₁V₁ ஆனது C₂V₂ இற்குச் சமமாகின்றது. C₁ மற்றும் C₂ ஒரே அலகிலும், V₁ மற்றும் V₂ ஒரே அலகிலும் இருக்க வேண்டும்.

Dilution — Adding Water Lowers the Concentration concentrated C₁ , small V₁ + water dilute C₂ , large V₂ C₁V₁ = C₂V₂ moles of solute are unchanged — only water is added

பகுப்பு 2 — 2.0 mol dm⁻³ செறிவுடைய சேகரிப்பு HCl கரைசலிலிருந்து 0.10 mol dm⁻³ செறிவுடைய 250 cm³ HCl கரைசலைத் தயாரிக்க, எவ்வளவு சேகரிப்புக் கரைசல் தேவைப்படுகின்றது?

தரப்பட்டவை: C₁ = 2.0 mol dm⁻³, C₂ = 0.10 mol dm⁻³, V₂ = 250 cm³
தேட வேண்டியது: V₁

C₁V₁ = C₂V₂  எனவே  V₁ = C₂V₂ ÷ C₁

V₁ = (0.10 mol dm⁻³ × 250 cm³) ÷ 2.0 mol dm⁻³
V₁ = 25 ÷ 2.0 = 12.5 cm³

எனவே சேகரிப்பு HCl கரைசலின் 12.5 cm³ துல்லியமாக அளந்தெடுக்கப்பட்டு 250 cm³ கனவளவுக் குடுவையினுள் இடப்பட்டது; பின்னர் காய்ச்சி வடித்த நீர் குறி வரை சேர்க்கப்பட்டது.

தொடர் ஐதாக்கல் (serial dilution): மிகக் குறைந்த செறிவுடைய ஒரு கரைசல் தேவைப்படும்போது, அதை ஒரே படியில் தயாரிப்பது துல்லியமற்றதாக அமையலாம். அத்தகைய சந்தர்ப்பத்தில், ஒரு கரைசல் படிப்படியாகப் பலமுறை ஐதாக்கப்படுகின்றது; ஒவ்வொரு படியிலும் கரைசல் ஒரு குறிப்பிட்ட விகிதத்தில் (உதாரணமாக 10 மடங்கு) ஐதாக்கப்படுகின்றது. இம்முறை தொடர் ஐதாக்கல் என அழைக்கப்படுகின்றது; இது மிகச் சிறிய செறிவுகளைத் துல்லியமாக அடைய உதவுகின்றது.

📝 தேர்வாளர் குறிப்பு
  • கரையத்தைக் கரைத்த குடுவையையும் கண்ணாடித் தடியையும் காய்ச்சி வடித்த நீரால் கழுவி, அக்கழுவல் நீரையும் கனவளவுக் குடுவையினுள் சேர்க்க மறந்து விடாதீர்கள்; இல்லாவிட்டால் கரையத்தின் ஒரு பகுதி இழக்கப்பட்டுச் செறிவு தாழ்வாக அமையும்.
  • கரைசலைக் குறிக்கு மேலாக ஐதாக்காதீர்கள். ஒருமுறை குறியைக் கடந்தால் அக்கரைசலை அப்படியே பயன்படுத்த முடியாது — மீண்டும் ஆரம்பத்திலிருந்து தயாரிக்க வேண்டும்.
  • cm³ ஐ dm³ ஆக மாற்ற 1000 ஆல் வகுக்கவும் (1 dm³ = 1000 cm³). திணிவுக் கணிப்பில் கனவளவு dm³ இல் இருக்க வேண்டும்.
  • C₁V₁ = C₂V₂ பயன்படுத்தும்போது C₁ உம் C₂ உம் ஒரே அலகிலும், V₁ உம் V₂ உம் ஒரே அலகிலும் இருக்க வேண்டும்; கனவளவை இங்கு cm³ இலேயே வைத்திருப்பது ஏற்கத்தக்கது.
🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Types of solutions
கரைசல் வகைகள்
Types of solutions
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. கரைசலில் அதிக அளவில் உள்ள கூறு:

    1. கரைபொருள்
    2. கரைப்பான்
    3. விளைபொருள்
    4. வண்டல்
    5. வினையூக்கி
    விடை
    (2) — கரைப்பான் (solvent) அதிக அளவில்.

  2. "like dissolves like" படி முனைவுக் கரைப்பான் கரைப்பது:

    1. முனைவற்ற பொருள்
    2. முனைவுப்/அயன் பொருள்
    3. உலோகம்
    4. வாயு மட்டும்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — முனைவுக் கரைப்பான் (நீர்) முனைவு/அயன் பொருளைக் கரைக்கும்.

  3. வெப்பநிலை கூடும்போது பெரும்பாலான திண்மங்களின் கரைதிறன்:

    1. குறையும்
    2. கூடும்
    3. மாறாது
    4. பூச்சியம்
    5. இரட்டிக்கும்
    விடை
    (2) — பெரும்பாலான திண்மங்களின் கரைதிறன் வெப்பநிலையுடன் கூடும்.

  4. வெப்பநிலை/அழுத்தத்தில் வாயுவின் கரைதிறன் கூடுவது:

    1. உயர் வெப்பநிலை
    2. உயர் அழுத்தம்
    3. நீர்த்தல்
    4. கிளறல்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — அழுத்தம் ↑ → வாயு கரைதிறன் ↑ (Henry).

  5. செறிந்த கரைசல் (saturated solution):

    1. மேலும் கரைக்கும்
    2. அதிகபட்சம் கரைந்துள்ளது
    3. கரைபொருள் இல்லை
    4. வண்டல் இல்லை
    5. வாயு
    விடை
    (2) — கொடுத்த வெப்பநிலையில் அதிகபட்ச கரைபொருள்.

  6. கரைதல் ஓர் அனுசேபமற்ற மாற்றம் — அது பெரும்பாலும்:

    1. புதிய பொருளை உருவாக்கும்
    2. மீளக்கூடியது, புதிய பொருள் இல்லை
    3. வினையூக்கம்
    4. எரிப்பு
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — கரைதல் பெரும்பாலும் மீளக்கூடிய பௌதிக மாற்றம்.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• கரைபொருள், கரைப்பான், கரைசல் ஆகியவற்றை வரையறுத்து ஒவ்வொன்றுக்கும் எடுத்துக்காட்டு தருக.

மாதிரி விடை
கரைபொருள்=கரைவது (உப்பு); கரைப்பான்=கரைப்பது (நீர்); கலந்த ஒத்திரண்மக் கலவை=கரைசல் (உப்புநீர்).

• வெப்பநிலை திண்மம் மற்றும் வாயுவின் கரைதிறனை எவ்வாறு வேறுபட்டுப் பாதிக்கிறது?

மாதிரி விடை
திண்மம்: வெப்பநிலை ↑ → கரைதிறன் ↑ (பெரும்பாலும்). வாயு: வெப்பநிலை ↑ → கரைதிறன் ↓.

கட்டுரை வினா

• கரைசல்கள் — கூறுகள், கரைதல் முறை (like dissolves like), கரைதிறனை பாதிக்கும் காரணிகளை விளக்குக.

விடை வரைவு
வரைவு: கரைபொருள்+கரைப்பான்; முனைவு பொருந்தல்; காரணி—வெப்பநிலை (திண்மம்↑/வாயு↓), அழுத்தம் (வாயு↑), கிளறல்/துகள் அளவு வேகத்தைப் பாதிக்கும்.
← அலகு 3