📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள் · அலகு 4 · டால்ட்டனின் பகுதியமுக்க விதி

டால்ட்டனின் பகுதியமுக்க விதி

முழுமையான பார்வை — பகுதியமுக்கம் (partial pressure) என்றால் என்ன?

பரிசோதனைச் செயற்பாடுகளில் பெரும்பாலும் நாம் முகங்கொடுப்பது தனியொரு தூய வாயுவல்ல; வாயுக்கலவைகளையே அதிகம் கையாள்கின்றோம். உதாரணமாக, நாம் சுவாசிக்கும் வளி நைதரசன் (Nitrogen) மற்றும் ஒட்சிசன் (Oxygen) ஆகியவற்றைப் பிரதான கூறுகளாகக் கொண்டு, ஏனைய வாயுக்களை மிகக் குறைந்த அளவுகளில் கொண்டுள்ள ஒரு கலவையாகும். இத்தகைய கலவையில் ஒவ்வொரு வாயுவும் மொத்த அமுக்கத்திற்குத் தனித்தனியாகப் பங்களிப்புச் செய்கின்றது.

ஒரு வாயுக்கலவையில் உள்ள ஒரு அமைப்புக்கூறு வாயு, அதே வெப்பநிலையில் அக்கொள்கலனை முழுவதுமாகத் தனித்து அடைக்கும்போது உஞற்றும் அமுக்கமே அவ்வாயுவின் பகுதியமுக்கம் (partial pressure) என வரையறுக்கப்படுகின்றது. அதாவது, ஒவ்வொரு வாயுவும் தான் தனியாக அந்தக் கனவளவை அடைத்திருந்தால் எவ்வளவு அமுக்கத்தைக் காட்டுமோ, அதுவே அந்த வாயுவின் பகுதியமுக்கமாகும். ஏனைய வாயுக்கள் இருப்பது இந்தப் பெறுமானத்தை மாற்றுவதில்லை; ஏனெனில் தாக்கமுறாத வாயுக்களின் மூலக்கூறுகள் ஒன்றையொன்று கவராமலும் தடுக்காமலும் சுயாதீனமாக இயங்குகின்றன.

இங்கு குறிப்பிடத்தக்க ஒரு நிபந்தனை உள்ளது — இக்கலவையிலுள்ள வாயுக்கள் தம்முள் இரசாயன ரீதியில் தாக்கமுறாதவையாக இருத்தல் வேண்டும். ஒவ்வொரு வாயுவும் தூயவாயுவைப் போன்ற இயல்புகளை வெளிப்படுத்துவதாகவும், கலவையின் கூறுகள் யாவும் தமக்குள் தாக்கமற்றவை எனவும் எடுத்துக்கொள்ளப்படுகின்றது. இந்த அனுமானத்தின் கீழ்தான் கீழே தரப்படும் விதி செல்லுபடியாகின்றது.

Dalton's Law — partial pressures add up to the total N₂ alone p₁ + O₂ alone p₂ = N₂ + O₂ mixture P_total same volume V and same temperature T for every container P_total = p₁ + p₂ each gas exerts its own pressure independently of the others

1. டால்ட்டனின் பகுதியமுக்க விதி

டால்ட்டனின் பகுதியமுக்க விதி
Dalton's law of partial pressures
Wikipedia → · CC

தம்முள் தாக்கமுறாத வாயுக்களைக் கொண்ட ஒரு கலவையைக் கருதும்போது, அந்தத் தொகுதியின் மொத்த அமுக்கம் (total pressure) அதன் அமைப்புக்கூறு வாயுக்களின் தனித்தனிப் பகுதியமுக்கங்களின் கூட்டுத்தொகைக்குச் சமனாகும். இதுவே டால்ட்டனின் (Dalton) பகுதியமுக்க விதி எனப்படுகின்றது. NIE பாடநூல் இவ்விதியை அலகு 4 இன் 1.3 ஆம் பிரிவில் "தாற்றனின் பகுதியமுக்க விதி" எனத் தலைப்பிட்டுத் தருகின்றது.

Pமொத்தம் = p₁ + p₂ + p₃ + …
p₁, p₂, p₃ … என்பன அமைப்புக்கூறு வாயுக்களின் பகுதியமுக்கங்கள்

இவ்விதியை இலட்சிய வாயுச் சமன்பாட்டிலிருந்து பெற முடியும். A, B ஆகிய வாயுக்களைக் கொண்ட ஒரு கலவையில் அவற்றின் மூல்கள் முறையே nA, nB எனவும், மொத்த மூல்கள் n எனவும் கொள்க. கனவளவு V, வெப்பநிலை T மாறாமலிருக்கும்போது, ஒவ்வொரு வாயுவும் அக்கனவளவை முழுவதுமாகத் தனித்து அடைப்பதாகக் கருதினால்: A இன் பகுதியமுக்கம் pA = nART ÷ V; B இன் பகுதியமுக்கம் pB = nBRT ÷ V; கலவைக்கு Pமொத்தம் = nRT ÷ V. ஆகவே pA + pB = (nA + nB)RT ÷ V = nRT ÷ V = Pமொத்தம் ஆகின்றது.

பகுப்பு 1 — 0.30 mol நைதரசன் (N₂) வாயுவும், 0.20 mol ஒட்சிசன் (O₂) வாயுவும் 2.0 dm³ கனவளவுள்ள ஒரு கொள்கலனில் 300 K வெப்பநிலையில் நிரப்பப்பட்டுள்ளன. ஒவ்வொரு வாயுவினதும் பகுதியமுக்கத்தையும் மொத்த அமுக்கத்தையும் கணிக்குக. (R = 8.31 J K⁻¹ mol⁻¹)

பகுதியமுக்கம் p = nRT ÷ V என்ற இலட்சிய வாயுச் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்துக.

p(N₂) = (0.30 × 8.31 × 300) ÷ (2.0 × 10⁻³) = 747.9 ÷ 0.002 = 3.74 × 10⁵ Pa
p(O₂) = (0.20 × 8.31 × 300) ÷ (2.0 × 10⁻³) = 498.6 ÷ 0.002 = 2.49 × 10⁵ Pa

டால்ட்டனின் விதியின்படி:
Pமொத்தம் = p(N₂) + p(O₂) = 3.74 × 10⁵ + 2.49 × 10⁵ = 6.23 × 10⁵ Pa

2. மூல்பின்னம் தொடர்பாகப் பகுதியமுக்கம் (NIE 1.3.1)

ஒரு வாயுக்கூறின் பகுதியமுக்கத்தை அதன் மூல்பின்னத்துடன் (mole fraction) தொடர்புபடுத்தி எழுதலாம். அலகு 3 இல் கற்றபடி, ஒரு கூறின் மூல்பின்னம் என்பது அக்கூறின் மூல்களை, கலவையின் மொத்த மூல்களால் வகுத்துப் பெறப்படும் பெறுமானமாகும். அதாவது வாயு A இன் மூல்பின்னம் xA = nA ÷ n ஆகும். கலவையிலுள்ள எல்லாக் கூறுகளினதும் மூல்பின்னங்களின் கூட்டுத்தொகை எப்பொழுதும் 1 ஆகவே இருக்கும்.

முன்னைய பிரிவில் கண்டபடி pA = nART ÷ V எனவும், Pமொத்தம் = nRT ÷ V எனவும் உள்ளது. இவ்விரு வெளிப்பாடுகளையும் ஒன்றை ஒன்றால் வகுக்கும்போது RT ÷ V என்னும் காரணி நீங்கிவிடுகின்றது; எஞ்சுவது pA ÷ Pமொத்தம் = nA ÷ n = xA ஆகும். எனவே ஒரு வாயுக்கூறின் பகுதியமுக்கம், அதன் மூல்பின்னத்திற்கும் கலவையின் மொத்த அமுக்கத்திற்கும் இடையிலான பெருக்கத்திற்குச் சமமாகும்.

pA = xA × Pமொத்தம்
xA = (A இன் மூல்கள்) ÷ (மொத்த மூல்கள்)

பகுப்பு 2 — ஒரு வாயுக்கலவை 0.8 mol நைதரசன் (N₂) வாயுவையும், 0.2 mol ஒட்சிசன் (O₂) வாயுவையும் கொண்டுள்ளது. ஒரு குறித்த வெப்பநிலையில் தொகுதியின் மொத்த அமுக்கம் 1.00 atm எனின், வாயுக்களின் பகுதியமுக்கங்களைக் கணிக்குக. (NIE உதாரணம் 1.9)

மொத்த மூல்கள் n = 0.8 + 0.2 = 1.0 mol

மூல்பின்னங்கள்:
x(N₂) = 0.8 ÷ 1.0 = 0.8
x(O₂) = 0.2 ÷ 1.0 = 0.2   (சரிபார்ப்பு: 0.8 + 0.2 = 1 ✓)

பகுதியமுக்கங்கள் = மூல்பின்னம் × மொத்த அமுக்கம்:
p(N₂) = 0.8 × 1.00 atm = 0.80 atm
p(O₂) = 0.2 × 1.00 atm = 0.20 atm

சரிபார்ப்பு: 0.80 + 0.20 = 1.00 atm = Pமொத்தம் ✓
Partial Pressure = Mole Fraction × Total Pressure mole fraction N₂ x = 0.8 O₂ 0.2 Σx = 1 pressure share p(N₂) = 0.80 atm 0.20 atm P = 1.0 pₕ = xₕ × P_total each gas's share of the total pressure equals its share of the moles

ஒரு வாயுவின் பகுதியமுக்கப் பங்கு, கலவையிலான அதன் மூல்பின்னப் பங்குக்குச் சமமாகும்.

3. நீரின்மீது வாயுவைச் சேகரித்தல்

நீராவி அமுக்கம்
Vapour pressure
Wikipedia → · CC

செயன்முறையில், தாக்கமொன்றில் உருவாகும் வாயுவை நீரின்மீது கவிழ்த்து வைக்கப்பட்ட கொள்கலனில் நீரை இடம்பெயர்த்துச் சேகரிக்கும் நுட்பம் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படுகின்றது. ஆனால் இவ்வாறு சேகரிக்கப்படும் வாயுவைத் தூய்மையாகப் பெற முடியாது; ஏனெனில் நீர் ஆவியாதலால் பெறப்படும் நீராவியும் அவ்வாயுவுடன் கலந்து விடுகின்றது. ஆகவே கொள்கலனுள் அளக்கப்படும் மொத்த அமுக்கத்தில் வாயுவின் பகுதியமுக்கமும், நீராவியின் நிரம்பலாவி அமுக்கமும் (saturated vapour pressure) சேர்ந்திருக்கின்றன.

எனவே ஒரு குறித்த வெப்பநிலையில் சேகரிக்கப்படும் தூயவாயுவின் பகுதியமுக்கத்தைத் தீர்மானிக்க, கலவையின் மொத்த அமுக்கத்திலிருந்து அந்த வெப்பநிலையில் நீராவியின் அமுக்கத்தைக் கழித்தல் அவசியமாகும். அதாவது p(வாயு) = Pமொத்தம் − p(நீராவி) ஆகும்.

Collecting a Gas Over Water water collected gas + water vapour dry gas molecules water vapour molecules Dalton's law here P_total = p(gas) + p(water vapour) subtract vapour pressure

நீரை இடம்பெயர்த்துச் சேகரிக்கப்படும் வாயுவுடன் நீராவியும் கலந்திருக்கின்றது; தூயவாயுவின் பகுதியமுக்கம் = மொத்த அமுக்கம் − நீராவியின் அமுக்கம்.

பகுப்பு 3 — 27 °C வெப்பநிலையில் 760 mmHg அமுக்கத்தில் ஒட்சிசன் (O₂) வாயு நீரின்மீது சேகரிக்கப்படுகின்றது. 27 °C இல் நீரின் ஆவியமுக்கம் 26.7 mmHg எனின், சேகரிக்கப்பட்ட O₂ வாயுவின் பகுதியமுக்கத்தைக் கணிக்குக. (NIE உதாரணம் 1.10 இலிருந்து)

டால்ட்டனின் விதியின்படி, மொத்த அமுக்கம் = வாயுவின் பகுதியமுக்கம் + நீராவியின் அமுக்கம்:
Pமொத்தம் = p(O₂) + p(நீராவி)

p(O₂) = Pமொத்தம் − p(நீராவி) = 760 − 26.7 = 733.3 mmHg

இந்தப் பகுதியமுக்கத்தை இலட்சிய வாயுச் சமன்பாட்டில் பயன்படுத்தித்தான் சேகரிக்கப்பட்ட வாயுவின் உண்மையான மூல் எண்ணிக்கையைக் கணிக்க முடியும்.
📝 தேர்வாளர் குறிப்பு
  • டால்ட்டனின் விதி தாக்கமுறாத வாயுக்களுக்கு மட்டுமே செல்லுபடியாகும். வாயுக்கள் தம்முள் இரசாயன ரீதியில் தாக்கமுற்றால் இவ்விதியை நேரடியாகப் பிரயோகிக்கக் கூடாது.
  • p = x × Pமொத்தம் பயன்படுத்தும் முன், மூல்பின்னங்களின் கூட்டுத்தொகை 1 ஆக உள்ளதா எனச் சரிபார்க்கவும்; இது விடையைச் சரிபார்க்கும் எளிய வழியாகும்.
  • நீரின்மீது சேகரிக்கப்படும் வாயு பற்றிய வினாக்களில், மொத்த அமுக்கத்திலிருந்து நீராவியின் அமுக்கத்தைக் கழிக்க மறவாதீர்கள் — இது அடிக்கடி விடுபடும் ஒரு படியாகும்.
  • p = nRT ÷ V பயன்படுத்தும்போது அலகுகளைக் கவனத்துடன் கையாளுக: கனவளவை m³ ஆகவும், வெப்பநிலையை K ஆகவும் மாற்றியபின்னரே கணிப்பைச் செய்க.
🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Partial pressure — Dalton's law
பகுதி அழுத்தம்
Partial pressure — Dalton's law
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. டால்ட்டனின் பகுதி அழுத்த விதி:

    1. P_total = P₁ × P₂
    2. P_total = P₁ + P₂ + …
    3. P_total = P₁/P₂
    4. P_total = ΣP/n
    5. P_total = nRT
    விடை
    (2) — மொத்த அழுத்தம் = பகுதி அழுத்தங்களின் கூட்டுத்தொகை.

  2. ஒரு வாயுவின் பகுதி அழுத்தம் =

    1. மோல் பின்னம் × மொத்த அழுத்தம்
    2. மொத்த அழுத்தம்/n
    3. மோல் × R
    4. கனவளவு × T
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (1) — Pᵢ = xᵢ × P_total.

  3. சம மோல்கள் N₂, O₂ கலவையில் மொத்தம் 2 atm எனின் N₂ பகுதி அழுத்தம்:

    1. 2 atm
    2. 1 atm
    3. 0.5 atm
    4. 4 atm
    5. 0.25 atm
    விடை
    (2) — மோல் பின்னம் 0.5 × 2 = 1 atm.

  4. மோல் பின்னம் (mole fraction) =

    1. ஒரு வாயு மோல்/மொத்த மோல்
    2. மொத்த/ஒரு
    3. மோல் × R
    4. அழுத்தம்/T
    5. nRT
    விடை
    (1) — xᵢ = nᵢ / n_total.

  5. நீர்மீது சேகரிக்கப்பட்ட வாயுவின் அழுத்தம் சரிசெய்யப்பட வேண்டியது:

    1. அறை வெப்பநிலை
    2. நீராவி அழுத்தம்
    3. ஈர்ப்பு
    4. அடர்த்தி
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — P_gas = P_total − P_நீராவி.

  6. பகுதி அழுத்தங்கள் சேர்ந்து கணக்கிடப்படுவதன் காரணம் வாயுக்கள்:

    1. வினையாகின்றன
    2. சுயேச்சையாகச் செயல்படுகின்றன
    3. ஒன்றாகப் பிணைகின்றன
    4. வண்டலாகின்றன
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — கலவையில் ஒவ்வொரு வாயுவும் சுயேச்சையாகச் செயல்படுகிறது.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• 3 mol N₂ + 1 mol O₂ கலவை மொத்தம் 4 atm எனின் ஒவ்வொன்றின் பகுதி அழுத்தத்தைக் கணிக்க.

மாதிரி விடை
x(N₂)=3/4 → P=3 atm; x(O₂)=1/4 → P=1 atm.

• டால்ட்டனின் பகுதி அழுத்த விதியை எழுதி, அது ஏன் செல்லுபடியாகிறது எனக் கூறுக.

மாதிரி விடை
P_total = ΣPᵢ; வினையாகாத வாயுக்கள் சுயேச்சையாகச் செயல்படுவதால் ஒவ்வொன்றும் தனியாக அழுத்தம் கொடுக்கும்.

கட்டுரை வினா

• பகுதி அழுத்தம் — டால்ட்டனின் விதி, மோல் பின்னம், நீர்மீது வாயு சேகரிப்பு, கணிப்புகளுடன் விளக்குக.

விடை வரைவு
வரைவு: P_total=ΣPᵢ; Pᵢ=xᵢP; வாயு சுயேச்சை; நீர்மீது சேகரிப்பில் நீராவி அழுத்தத்தைக் கழிக்க; எ-கா கலவைக் கணிப்பு.
← அலகு 4