அலகு 4 — சடத்தின் வாயு நிலை

முழுமையான பார்வை — வாயு நிலை (Gaseous State) ஏன் முக்கியம்?

நம்மைச் சுற்றியுள்ள ஒவ்வொரு பதார்த்தமும் திண்மம், திரவம், வாயு எனும் மூன்று பிரதான நிலைகளில் ஒன்றில் காணப்படுகின்றது. இந்த மூன்று நிலைகளுள், வாயு நிலையே மிக எளிமையான முறையில் கணித்து விளக்கக் கூடியது. இதற்குக் காரணம் தெளிவானது — வாயுத் துணிக்கைகள் ஒன்றுக்கொன்று மிக அதிக இடைத்தூரத்தில் அமைந்திருப்பதால், அவற்றுக்கிடையேயான மூலக்கூற்று இடைவிசைகள் புறக்கணிக்கத்தக்க அளவில் இருக்கின்றன.

இவ்வாறு இடைவிசைகள் இல்லாத ஒரு எளிய மாதிரியை அறிவியலாளர்கள் இலட்சிய வாயு (ideal gas) எனக் கருதுகின்றனர். ஒரு வாயுவின் அமுக்கம் (P), கனவளவு (V), தனி வெப்பநிலை (T) மற்றும் மூல் எண்ணிக்கை (n) ஆகிய நான்கு அளவுகளுக்கு இடையேயான தொடர்பை ஒரே சமன்பாடாகத் தொகுக்க முடிந்தது. அதுவே இவ்வலகின் மையமாக அமையும் இலட்சிய வாயுச் சமன்பாடு PV = nRT ஆகும்.

இவ்வலகின் மைய எண்ணக்கரு

க.பொ.த. (உயர்தர) வகுப்பில் வாயு தொடர்பாகக் கேட்கப்படும் ஏறக்குறைய எல்லாக் கணிப்புகளும் ஒரே அடித்தளத்தைச் சார்ந்தவை. அந்த அடித்தளத்தை ஒருமுறை நன்கு புரிந்துகொண்டால், ஒவ்வொரு வாயு விதியையும் தனித்தனியாக மனனம் செய்யத் தேவையில்லை.

நான்கு மாறிகளைக் கண்டறிதல் — ஒவ்வொரு வாயு வினாவிலும் அமுக்கம் (P), கனவளவு (V), தனி வெப்பநிலை (T), மூல் எண்ணிக்கை (n) ஆகிய நான்கில் எவை தரப்பட்டுள்ளன, எது கேட்கப்படுகின்றது என்பதை முதலில் அடையாளம் காண வேண்டும்.
சரியான அலகுகளுக்கு மாற்றுதல் — வெப்பநிலையைச் செல்சியசிலிருந்து கெல்வினுக்கு (T/K = θ/°C + 273) மாற்றுவதும், அமுக்கம் மற்றும் கனவளவு அலகுகளை மாறிலி R இற்கு ஏற்பத் திருத்துவதும் அவசியம்.
பொருத்தமான வாயு விதியைப் பயன்படுத்துதல் — ஒரு மாறி மாறாமல் இருந்தால் பொயிலின் விதி, சாள்ஸ்சின் விதி அல்லது இணைந்த வாயு விதியைப் பயன்படுத்தலாம்; இல்லையெனில் முழுமையான PV = nRT சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்துகின்றோம்.

இந்த வடிவத்தில் கெல்வின் வெப்பநிலை மிக முக்கியமான இடம் வகிக்கின்றது. வாயு விதிகள் அனைத்தும் தனி வெப்பநிலை அலகான கெல்வினைச் சார்ந்தே செயற்படுகின்றன; செல்சியசை நேரடியாகப் பயன்படுத்தினால் விடை தவறாக அமையும்.

இவ்வலகு உள்ளடக்கும் ஐந்து பகுதிகள்

இவ்வலகு பின்வரும் ஐந்து பகுதிகளைப் படிப்படியாகக் கற்பிக்கின்றது. ஒவ்வொரு பகுதியும் அதற்கு முந்தைய பகுதியின் மீது கட்டியெழுப்பப்படுகின்றது.

4.1 சடத்தின் மூன்று நிலைகளில் துணிக்கைகளின் ஒழுங்கமைப்பு — திண்மம், திரவம், வாயு ஆகிய மூன்று நிலைகளில் துணிக்கைகளின் ஒழுங்கமைப்பு, இடைத்தூரம், இயக்கம் மற்றும் அவற்றுக்கே உரித்தான இயல்புகள் (கனவளவு, வடிவம், அடர்த்தி, அமுக்கப்படும் தகவு).
4.2 வாயு நிலை — வாயு விதிகள் — பொயிலின் விதி, சாள்ஸ்சின் விதி, அவகாதரோவின் விதி, மூலர்க் கனவளவு, இணைந்த வாயு விதி மற்றும் இலட்சிய வாயுச் சமன்பாடு PV = nRT.
4.3 தாற்றனின் பகுதியமுக்க விதி — வாயுக் கலவையொன்றில் மொத்த அமுக்கம், ஒவ்வொரு வாயுவின் பகுதியமுக்கம் மற்றும் மூல்பின்னம் (mole fraction) தொடர்பான தொடர்புகள்.
4.4 வாயுக்களின் மூலக்கூற்று இயக்கக் கொள்கை — இலட்சிய வாயுவின் எடுகோள்கள், மூலக்கூற்று இயக்கச் சமன்பாடு, கதிவர்க்க இடைமூலம் (RMS speed), சராசரிக் கதி மற்றும் மக்சுவெல்-போற்சுமன் பரம்பல்.
4.5 மெய்வாயுக்கள் — இலட்சிய நடத்தையிலிருந்து விலகல், அமுக்கப்படும் தகவுக் காரணி (Z), வந்தர்வாலுசு சமன்பாடு, அவதி வெப்பநிலை மற்றும் வாயுக்களைத் திரவமாக்கல்.

முன்னோக்கிய இணைப்புகள்

இவ்வலகில் கற்கும் வாயுச் சமன்பாடு பிற்பகுதி அலகுகளில் தொடர்ந்து பயன்படுத்தப்படுகின்றது. அலகு 11 (இரசாயனத் தாக்கங்களும் வாயுவின் இயல்புகளும்) வாயுவின் மூல் எண்ணிக்கையை ஸ்ரொய்க்கியோமற்றியுடன் இணைக்கின்றது; அலகு 12 (இரசாயனச் சமநிலை) வாயுக் கட்ட சமநிலையில் பகுதியமுக்கங்களைக் கொண்டு சமநிலை மாறிலி K_p ஐக் கணிக்கின்றது. எனவே இவ்வலகை நன்கு கற்றுத் தேர்வது பிற்காலக் கணிப்புகளுக்கு உறுதியான அடித்தளமாக அமையும்.

பொதுவான தவறுகள் — கவனமாக இருக்க

வெப்பநிலையைக் கெல்வினுக்கு மாற்றாமை — வாயு விதிகள் தனி வெப்பநிலையைச் சார்ந்தவை. 27 °C ஐ 27 எனப் பயன்படுத்தாமல், 27 + 273 = 300 K எனப் பயன்படுத்த வேண்டும். இது மிகவும் அடிக்கடி நிகழும் தவறாகும்.
அமுக்க அலகுகளைக் கலந்துவிடுதல் — R = 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹ ஐப் பயன்படுத்தும்போது அமுக்கம் pascal (Pa) இலும், கனவளவு கனமீற்றரிலும் (m³) இருக்க வேண்டும்.
கனவளவு அலகுச் சீர்மை — cm³ ஐ dm³ ஆக மாற்ற 1000 ஆல் வகுக்க வேண்டும்; 1 dm³ = 1000 cm³ = 1 × 10⁻³ m³.
மெய்வாயுவையும் இலட்சிய வாயுவையும் குழப்புதல் — இலட்சிய வாயுச் சமன்பாடு உயர் அமுக்கத்திலும் தாழ் வெப்பநிலையிலும் துல்லியமாக அமையாது; மெய்வாயுக்களுக்கு வந்தர்வாலுசு சமன்பாடு தேவைப்படுகின்றது.

தேர்வாளர் குறிப்பு

பகுதி I இல் வாயு விதிகளை அடிப்படையாகக் கொண்ட நேரடிக் கணிப்புகள் ஒவ்வொரு வருடமும் கேட்கப்படுகின்றன. பகுதி II இன் கட்டமைப்பு வினாக்களில், PV = nRT ஐப் பயன்படுத்தி மூல் எண்ணிக்கையோ மூலர்த் திணிவோ அடர்த்தியோ கணிக்கப்படுகின்றது. வெப்பநிலையைக் கெல்வினுக்கு மாற்றுவதையும், அலகுச் சீர்மையையும் உறுதிசெய்வது தேர்வில் மதிப்பெண் இழக்காமல் இருக்க அவசியமாகும்.

பருப்பொருளின் நிலைகள் கண்ணோட்டம்
*States of matter overview*
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

← அலகு 4