பாடங்கள் · அலகு 4 · மூன்று நிலைகளில் துணிக்கைகளின் ஒழுங்கமைப்பு

மூன்று நிலைகளில் துணிக்கைகளின் ஒழுங்கமைப்பு

முழுமையான பார்வை — சடம் (matter) ஏன் மூன்று நிலைகளில் வெளிப்படுகின்றது?

வெளியில் இடத்தை அடைப்பதும், திணிவைக் கொண்டிருப்பதுமான ஒவ்வொரு பொருளும் சடம் (matter) எனப்படுகின்றது. மண், நீர் போன்ற நாம் பார்க்கவும் தொட்டுணரவும் கூடிய பொருட்களும், நாம் சுவாசிக்கும் வளி போன்ற நாம் பார்க்க முடியாத பொருட்களும் சடத்தின் உதாரணங்களாகும். எல்லாச் சடப்பொருட்களும் கொள்கை ரீதியாக மூன்று பிரதான நிலைகளில் வெளிப்படுகின்றன; அவையாவன திண்மம் (solid), திரவம் (liquid), வாயு (gas) ஆகியனவாகும். இந்தப் பாடம் இம்மூன்று நிலைகளிலும் துணிக்கைகள் (particles) எவ்வாறு ஒழுங்கமைந்து உள்ளன என்பதையும், அந்த ஒழுங்கமைப்பு ஒவ்வொரு நிலைக்கும் வழங்கும் தனித்துவமான இயல்புகளையும் விளக்குகின்றது.

ஒரு சடப்பொருளின் நிலையை நிர்ணயிக்கும் இரண்டு காரணிகளுக்கு இடையிலான போட்டியே இங்கு மையக் கருத்தாகும். துணிக்கைகளை ஒன்றாக இணைத்து வைக்க முயலும் மூலக்கூற்று இடைவிசைகளும் (intermolecular forces), துணிக்கைகளைத் தள்ளி விலக முயலும் அவற்றின் வெப்பசக்தியும் (thermal energy) எதிரெதிராகச் செயற்படுகின்றன. மூலக்கூற்று இடைவிசைகள் மேலோங்கும்போது துணிக்கைகள் நெருங்கி இணைந்து திண்ம நிலையை உருவாக்குகின்றன; வெப்பசக்தி மேலோங்கும்போது துணிக்கைகள் விலகிச் சுயாதீனமாக இயங்கி வாயு நிலையை உருவாக்குகின்றன. ஆகவே சடத்தின் மூன்று நிலைகளும் இவ்விரு காரணிகளுக்கு இடையிலான விளைவாகவே அமைகின்றன.

1. திண்ம நிலையில் துணிக்கைகளின் ஒழுங்கமைப்பு

சோடியம் குளோரைடு படிக அமைப்பு
*Sodium chloride crystal structure*
Wikipedia → · CC

திண்ம நிலையில் (solid) துணிக்கைகள் ஒன்றோடொன்று மிக நெருக்கமாக அமைந்திருப்பதுடன், ஒரு வழமையான ஒழுங்கான அமைப்பில் காணப்படுகின்றன. மூன்று நிலைகளிலும் திண்ம நிலையில் மட்டுமே துணிக்கைகள் இவ்வாறு ஒழுங்கான நிலையில் காணப்படுகின்றன. இங்கு மூலக்கூற்று இடைவிசைகள் மிக வலிமையானவையாக இருப்பதனால் துணிக்கைகள் தம் இடத்தை விட்டு நகர முடியாது; அவை தம் நிலையான இடத்தைச் சுற்றி அதிர்வடைய மட்டுமே முடியும். இந்த அதிர்வுகள் மனிதக் கண்ணால் பார்க்க முடியாத அளவுக்குச் சிறியவையாகும். இவ்வாறு துணிக்கைகள் நகரமுடியாமல் பிணைக்கப்பட்டிருப்பதனால், திண்மப் பொருளுக்குத் திட்டமான வடிவமும் திட்டமான கனவளவும் (volume) கிட்டுகின்றன. இரும்பு ஆணி (nail) ஒரு திண்மத்துக்குச் சிறந்த உதாரணமாகும்.

2. திரவ நிலையில் துணிக்கைகளின் ஒழுங்கமைப்பு

நீரில் ஐதரசன் பிணைப்புகள்
*Hydrogen bonds in water*
Wikipedia → · CC

திரவ நிலையில் (liquid) துணிக்கைகள் திண்ம நிலையைப் போலவே நெருக்கமாக அமைந்திருந்தாலும், அவை ஒரு ஒழுங்கான அமைப்பில் இல்லாமல் எழுமாற்றான ஒழுங்கமைப்பில் காணப்படுகின்றன. இங்கு மூலக்கூற்று இடைவிசைகள் திண்மத்தைப் போல வலிமையாக இல்லாததனால், துணிக்கைகள் ஒன்றையொன்று கடந்து சறுக்கி இயங்கக் கூடியனவாகும். இந்தச் சறுக்கும் இயக்கத்தினால் திரவம் ஒரு கொள்கலனின் வடிவத்தைப் பெறுகின்றது; ஆகவே திரவத்துக்குத் திட்டமான வடிவம் இல்லை. ஆனால் துணிக்கைகள் இன்னமும் நெருக்கமாக இருப்பதனால் திரவத்துக்குத் திட்டமான கனவளவு உண்டு. நீர் (water) ஒரு திரவத்துக்குச் சிறந்த உதாரணமாகும்.

3. வாயு நிலையில் துணிக்கைகளின் ஒழுங்கமைப்பு

வாயு நிலையில் (gas) துணிக்கைகளுக்கு இடையிலான இடைத்தூரம் மிக உயர்வாக அமைகின்றது; இது திண்மம் மற்றும் திரவ நிலைகளிலிருந்து வாயுவைப் பெரிதும் வேறுபடுத்துகின்ற முக்கிய இயல்பாகும். துணிக்கைகள் இவ்வாறு மிகவும் விலகி அமைந்திருப்பதனால், அவற்றுக்கு இடையிலான மூலக்கூற்று இடைவிசைகள் மிகக் குறைவாகவோ அல்லது புறக்கணிக்கத்தக்கனவாகவோ இருக்கின்றன. இதன் விளைவாக வாயுத் துணிக்கைகள் கொள்கலனுக்குள் விரைவாகவும் தன்னிச்சையாகவும் (எழுமாற்றாக) எல்லாத் திசைகளிலும் இயங்குகின்றன. ஆகவே வாயுவுக்குத் திட்டமான வடிவமும் இல்லை, திட்டமான கனவளவும் இல்லை; அது வைக்கப்படும் கொள்கலனின் வடிவத்தையும் கனவளவையும் முழுமையாக அடைக்கின்றது. ஐதரசன் (hydrogen) நிரப்பப்பட்ட பலூன் ஒரு வாயுவுக்குச் சிறந்த உதாரணமாகும்.

4. சடத்தின் மூன்று நிலைகளின் இயல்புகளின் ஒப்பீடு

துணிக்கைகளின் ஒழுங்கமைப்பு மற்றும் இயக்கத்தில் ஏற்படும் வேறுபாடுகளின் விளைவாக, கனவளவு, வடிவம், அமுக்கப்படும் தகவு (compressibility), அடர்த்தி (density) போன்ற பெரும்பார்வைக்குரிய இயல்புகளும் ஒவ்வொரு நிலையிலும் வேறுபடுகின்றன. கீழுள்ள அட்டவணை NIE பாடநூலின் அட்டவணை 1.1 ஐ அடியொற்றி இவ்வேறுபாடுகளைச் சுருக்கமாகத் தருகின்றது.

இயல்பு	திண்மம் (Solid)	திரவம் (Liquid)	வாயு (Gas)
துணிக்கை இடைத்தூரம்	மிக நெருக்கம்	நெருக்கம்	மிக அதிகம்
ஒழுங்கமைப்பு	வழமையான, ஒழுங்கான	எழுமாற்றானது	எழுமாற்றானது
இடைவிசைகள்	மிக வலிமையானவை	நடுத்தர வலிமை	புறக்கணிக்கத்தக்கவை
துணிக்கை இயக்கம்	இடத்தைச் சுற்றி அதிர்வு மட்டும்	சறுக்கி இயங்கும்	விரைவான, சுயாதீன இயக்கம்
வடிவம்	திட்டமானது	கொள்கலனின் வடிவம்	கொள்கலனின் வடிவம்
கனவளவு	திட்டமானது	திட்டமானது	கொள்கலனின் கனவளவு
அமுக்கப்படும் தகவு	மிகவும் கடினம்	மிகவும் கடினம்	பெருமளவில் அமுக்கக் கூடியது
அடர்த்தி	உயர்வானது	உயர்வானது	குறைவானது
பாய்தல் இயல்பு	பாயாது	பாயக் கூடியது	பாயக் கூடியது
பரம்பல் (diffusion)	நிகழாது எனலாம்	மெதுவாக நிகழும்	விரைவாக நிகழும்
உதாரணம்	இரும்பு ஆணி	நீர்	ஐதரசன்

5. நிலை மாற்றங்கள் — ஒழுங்கமைப்புக்கு இடையிலான மாற்றீடுகள்

நிலை மாற்றங்கள்
*Changes of state*
Wikipedia → · CC

ஒரு சடப்பொருளின் ஒரு நிலையானது, அதன் இரசாயன அமைப்பு மாறாமலேயே, வெப்பமாக்கல் அல்லது குளிராக்கல் மூலம் வேறொரு நிலைக்கு மாற்றப்பட முடியும். வெப்பநிலையை உயர்த்தும்போது துணிக்கைகளின் வெப்பசக்தி அதிகரித்து, அவற்றின் இயக்கமும் இடைத்தூரமும் அதிகரிக்கின்றன; இதன் விளைவாகத் திண்மம் திரவமாகவும், திரவம் வாயுவாகவும் மாறுகின்றன. வெப்பநிலையைக் குறைக்கும்போது இதற்கு எதிரான மாற்றம் நிகழ்கின்றது. கீழுள்ள மாற்றங்கள் ஒரு நிலையின் துணிக்கை ஒழுங்கமைப்பிலிருந்து இன்னொரு நிலையின் ஒழுங்கமைப்புக்கு நிகழும் மாற்றீடுகளாகும்.

உருகல் (melting) — திண்மம் வெப்பமடைந்து திரவமாக மாறுதல்.
உறைதல் (freezing) — திரவம் குளிர்ந்து திண்மமாக மாறுதல்.
ஆவியாதல் (vaporisation) — திரவம் வெப்பமடைந்து வாயுவாக மாறுதல்.
ஒடுங்குதல் (condensation) — வாயு குளிர்ந்து திரவமாக மாறுதல்.
பதங்கமாதல் (sublimation) — திண்மம் திரவ நிலையைக் கடக்காமல் நேரடியாக வாயுவாக மாறுதல்.

நிலை மாற்றங்கள் — வெப்பமாக்கல் இடப்பக்கத்திலிருந்து வலப்பக்கம், குளிராக்கல் எதிர்த் திசையில்; பதங்கமாதல் திரவ நிலையைத் தவிர்க்கின்றது.

📝 தேர்வாளர் குறிப்பு

திரவத்தையும் வாயுவையும் குழப்பிக் கொள்ள வேண்டாம் — இரண்டிலும் ஒழுங்கமைப்பு எழுமாற்றானது; ஆனால் திரவத்தில் துணிக்கைகள் நெருக்கமாகவும், வாயுவில் மிகவும் விலகியும் அமைகின்றன. "துணிக்கைகள் அதிக தொடுகையில் இருந்தாலும் எழுமாற்றாக ஒழுங்கமைக்கப்பட்டுள்ள நிலை எது?" எனும் வினாவுக்கு விடை திரவ நிலையே.
"திட்டமான வடிவம்" மற்றும் "திட்டமான கனவளவு" இரண்டையும் வேறுபடுத்துங்கள் — திரவத்துக்குத் திட்டமான கனவளவு உண்டு, ஆனால் திட்டமான வடிவம் இல்லை.
வாயுவைத் திரவமாக்க அமுக்கம் மட்டும் போதாது; வெப்பநிலையைக் குறைத்து வெப்பசக்தியையும் குறைக்க வேண்டும். இது அடிக்கடி கேட்கப்படும் கருத்தாகும்.
பதங்கமாதல் (sublimation) திரவ நிலையைத் தவிர்த்து நேரடியாகத் திண்மத்திலிருந்து வாயுவுக்கு மாறுகின்றது என்பதை நினைவில் கொள்க.

திட, திரவ, வாயு நிலைகள்
*Solid, liquid and gas states*
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

வாயு நிலையின் ஒரு பண்பு:
1. வரையறுத்த வடிவம்
2. கொள்கலனை நிரப்பும்
3. அழுத்த முடியாது
4. நிலையான கனவளவு
5. உயர் அடர்த்தி
விடை
(2) — வாயு கொள்கலனின் வடிவம்/கனவளவை எடுக்கும்; அழுத்தக்கூடியது.
துகள்களுக்கிடையேயான விசை மிகக் குறைவு:
1. திண்மம்
2. நீர்மம்
3. வாயு
4. படிகம்
5. எதுவுமில்லை
விடை
(3) — வாயுவில் துகள் விசை மிகச் சிறியது.
திண்மம் → நீர்மம் மாற்றம்:
1. உருகுதல்
2. ஆவியாதல்
3. படிகமாதல்
4. பதங்கமாதல்
5. உறைதல்
விடை
(1) — உருகுதல் (melting).
திண்மம் நேரடியாக வாயுவாதல்:
1. உருகுதல்
2. பதங்கமாதல்
3. ஆவியாதல்
4. உறைதல்
5. சுருங்குதல்
விடை
(2) — பதங்கமாதல் (sublimation) — எ-கா I₂, drikold.
வாயுக்களுக்கு உயர் அழுத்தத்தக்கத் தன்மை ஏனெனில்:
1. துகள்கள் நெருக்கம்
2. துகள்களுக்கிடையே அதிக வெற்றிடம்
3. வலுவான விசை
4. உயர் திணிவு
5. எதுவுமில்லை
விடை
(2) — துகள்களுக்கிடையே பெரும் வெற்றிடம்.
வாயுவின் அடர்த்தி திண்ம/நீர்மத்துடன் ஒப்பிடும்போது:
1. அதிகம்
2. மிகக் குறைவு
3. சமம்
4. பூச்சியம்
5. மாறாது
விடை
(2) — துகள்கள் தொலைவில் → மிகக் குறைந்த அடர்த்தி.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• திண்மம், நீர்மம், வாயு நிலைகளின் வடிவம், கனவளவு, அழுத்தத்தக்கத் தன்மையை அட்டவணைப்படுத்துக.

மாதிரி விடை

திண்மம்: வரையறுத்த வடிவம்/கனவளவு, அழுத்த முடியாது. நீர்மம்: வடிவம் இல்லை, கனவளவு உண்டு. வாயு: வடிவம்/கனவளவு இல்லை, அழுத்தக்கூடியது.

• வாயுவின் அழுத்தத்தக்கத் தன்மை மற்றும் தாழ் அடர்த்திக்குக் காரணம் தருக.

மாதிரி விடை

துகள்களுக்கிடையே பெரும் வெற்றிடம் → அழுத்தக்கூடியது; குறைந்த துகள்/கனவளவு → தாழ் அடர்த்தி.

கட்டுரை வினா

• சடப்பொருளின் மூன்று நிலைகளை — துகள் அமைப்பு, பண்புகள், நிலைமாற்றங்களுடன் விளக்குக.

விடை வரைவு

வரைவு: திண்மம் (நெருக்கம், வரையறுத்த வடிவம்) → நீர்மம் (நெருக்கம் ஆனால் நகரும்) → வாயு (தொலைவு, சீரற்ற); மாற்றங்கள் உருகுதல்/ஆவியாதல்/பதங்கமாதல்; வெப்பநிலை/அழுத்தம் நிலையைத் தீர்மானிக்கும்.

← அலகு 4