அலகு 5 — வினாத்தொகுப்பு
சக்தியியல் அலகின் எல்லா உட்தலைப்புகளையும் உள்ளடக்கிய வினாத்தொகுப்பு இது. முதல் பகுதியில் வினாத்தாள் I வகையான பல்தேர்வு வினாக்களும், இரண்டாவது பகுதியில் வினாத்தாள் II வகையான கட்டமைப்பு வினாக்களும் தரப்பட்டுள்ளன. ஒவ்வொரு கணிப்பையும் காகிதத்தில் முழுமையாகச் செய்த பின்னரே விடையைப் பார்க்க வேண்டும்.
நீரின் தன்வெப்பக் கொள்ளளவு c = 4.18 J g⁻¹ K⁻¹. வெப்பநிலை மாற்றம்: T/K = θ/°C + 273. நியம நிலை: 298 K, 1 bar; கரைசல்களுக்கு 1 mol dm⁻³. வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ΔH பொதுவாக kJ mol⁻¹ இலும், எந்திரப்பி மாற்றம் ΔS பொதுவாக J K⁻¹ mol⁻¹ இலும் தரப்படுகின்றன. ஒரு மூலகத்தின் நியம நிலையில் அதன் நியம தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை ΔHf° = 0.
ஒவ்வொரு சக்தியியல் வினாவையும் ஒரே வழியில் அணுகலாம் — தொகுதியின் பார்வையில் ΔH இன் குறியைத் தீர்மானித்தல், எசுவின் விதியில் சமன்பாட்டைத் திருப்பும்போது குறியை மாற்றுதல், பிணைப்புச் சக்தி முறையில் உடைக்கப்படும் − உருவாகும் எனும் வரிசையைப் பேணுதல், கிப்ஸ் சமன்பாட்டில் வெப்பநிலையைக் கெல்வினுக்கு மாற்றுதல், ΔH உம் ΔS உம் ஒரே அலகுக்கு வந்த பின்னரே கூட்டுதல்.
பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்
ஒவ்வொரு வினாவுக்கும் (1)–(5) என்னும் ஐந்து விடைகளில் சரியான ஒன்றைத் தெரிவு செய்க.
1. சக்தியையும் சடப்பொருளையும் சூழலுடன் பரிமாற்றம் செய்யாத தொகுதி எவ்வாறு அழைக்கப்படுகின்றது?
(1) தனிமைப்படுத்திய தொகுதி (2) ஏகவினத் தொகுதி (3) பல்லினத் தொகுதி (4) திறந்த தொகுதி (5) மூடிய தொகுதி
விடை: (1). தனிமைப்படுத்திய தொகுதி சக்தியையோ சடப்பொருளையோ சூழலுடன் பரிமாற்றுவதில்லை. திறந்த தொகுதி இரண்டையும் பரிமாற்றுகின்றது; மூடிய தொகுதி சக்தியை மட்டும் பரிமாற்றுகின்றது. நன்கு மூடிய வெப்பக் குடுவை தனிமைப்படுத்திய தொகுதிக்கு ஒரு நல்ல உதாரணமாகும்.
2. பின்வரும் இயல்புகளுள் எது ஒரு செறிவியல்பு (intensive property) ஆகும்?
(1) வெப்பவுள்ளுறை (2) வெப்பநிலை (3) மூல் எண்ணிக்கை (4) கனவளவு (5) திணிவு
விடை: (2). செறிவியல்பு ஒன்று தொகுதியின் திணிவிலோ பருமனிலோ தங்கியிராது. வெப்பநிலை, அடர்த்தி, கொதிநிலை ஆகியன செறிவியல்புகள். கனவளவு, திணிவு, வெப்பவுள்ளுறை, மூல் எண்ணிக்கை ஆகியன திணிவில் தங்கும் விரிவியல்புகள்.
3. ஒரு புறவெப்பத் தாக்கம் (exothermic reaction) பற்றிய சரியான கூற்று எது?
(1) வெப்பம் அகத்துறிஞ்சப்படுகின்றது (2) ΔH > 0; சூழல் குளிர்கின்றது (3) ΔH < 0; சூழல் வெப்பமடைகின்றது (4) ΔH = 0 (5) ΔH > 0; சூழல் வெப்பமடைகின்றது
விடை: (3). புறவெப்பத் தாக்கத்தில் தொகுதி வெப்பத்தை வெளியேற்றுவதால் சூழல் வெப்பமடைகின்றது. தொகுதியின் வெப்பவுள்ளுறை குறைவதால் ΔH மறையான பெறுமானம் கொள்கின்றது (ΔH < 0).
4. பின்வரும் செயன்முறைகளுள் எது அகவெப்பச் செயன்முறை (endothermic) ஆகும்?
(1) நீராவி நீராகச் சுருங்குதல் (2) மீத்தேன் எரிதல் (3) வலுவமிலமும் வலுவமூலமும் நடுநிலையாதல் (4) நீரில் NH₄NO₃ கரைதல் (5) ஐதரசன் தாக்கமுற்று நீர் உருவாதல்
விடை: (4). அமோனியம் நைத்திரேட்டு நீரில் கரையும்போது வெப்பத்தை அகத்துறிஞ்சுவதால் கரைசல் குளிர்கின்றது — இது அகவெப்பச் செயன்முறை (ΔH > 0). எரிதல், நடுநிலையாதல், நீர் உருவாதல், ஆவி சுருங்குதல் ஆகியன புறவெப்பச் செயன்முறைகள்.
5. ஒரு மூலகத்தின் நியம தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ΔHf° பற்றி, அம்மூலகம் அதன் நியம நிலையில் இருக்கும்போது அதன் பெறுமானம் யாது?
(1) 298 kJ mol⁻¹ (2) வரையறுக்க முடியாது (3) எப்போதும் நேர்ப் பெறுமானம் (4) எப்போதும் மறைப் பெறுமானம் (5) பூச்சியம்
விடை: (5). நியம தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை என்பது நியம நிலையில் உள்ள மூலகங்களிலிருந்து ஒரு மூல் சேர்வையை உருவாக்க ஏற்படும் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றமாகும். ஒரு மூலகம் ஏற்கனவே அதன் நியம நிலையில் இருந்தால் எவ்வித மாற்றமும் தேவையில்லை; எனவே அதன் ΔHf° = 0.
6. 100 g நீரின் வெப்பநிலை ஒரு தாக்கத்தினால் 5.0 °C உயர்கின்றது. நீரால் அகத்துறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம் யாது? (c = 4.18 J g⁻¹ K⁻¹)
(1) 2 090 J (2) 4 180 J (3) 209 J (4) 418 J (5) 1 045 J
விடை: (1). q = mcΔT = 100 × 4.18 × 5.0 = 2 090 J. வெப்பநிலை வேறுபாட்டில் °C உம் K உம் ஒரே அளவாக இருப்பதால் ΔT = 5.0 K எனப் பயன்படுத்தலாம்.
7. எசுவின் விதி (Hess's law) எந்த அடிப்படையான கருத்தின் மீது தங்கியுள்ளது?
(1) வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் தாக்கத்தின் வேகத்தைச் சார்ந்தது (2) வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் எடுக்கப்படும் பாதையில் தங்கியிராது (3) எல்லாத் தாக்கங்களும் புறவெப்பத் தாக்கங்கள் (4) வெப்பம் ஒருபோதும் பேணப்படுவதில்லை (5) ΔH எப்போதும் பூச்சியம்
விடை: (2). வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ΔH ஒரு நிலைத் தொழிற்பாடு; அது தொடக்க நிலையிலும் இறுதி நிலையிலும் மட்டுமே தங்கியுள்ளது, எடுக்கப்படும் பாதையில் அல்ல. இதனாலேயே ஒரு தாக்கத்தை நேரடியாகவோ பல படிகளினூடாகவோ நிகழ்த்தினாலும் மொத்த ΔH ஒன்றாகவே அமைகின்றது.
8. பின்வரும் தரவைப் பயன்படுத்தி C(s) + ½O₂(g) → CO(g) தாக்கத்தின் ΔH ஐக் கணிக்க.
C(s) + O₂(g) → CO₂(g); ΔH = −394 kJ mol⁻¹
CO(g) + ½O₂(g) → CO₂(g); ΔH = −283 kJ mol⁻¹
(1) −394 kJ mol⁻¹ (2) −283 kJ mol⁻¹ (3) −111 kJ mol⁻¹ (4) +111 kJ mol⁻¹ (5) −677 kJ mol⁻¹
விடை: (3). எசுவின் விதி: முதல் சமன்பாட்டை அப்படியே வைத்து, இரண்டாம் சமன்பாட்டைத் திருப்புக (குறி மாறும்). C + O₂ → CO₂ (−394) உடன் CO₂ → CO + ½O₂ (+283) ஐக் கூட்ட, C + ½O₂ → CO; ΔH = −394 + 283 = −111 kJ mol⁻¹.
9. பிணைப்புச் சக்தியைப் பயன்படுத்தி வெப்பவுள்ளுறை மாற்றத்தைக் கணிக்கும் சரியான சமன்பாடு எது?
(1) ΔH = Σ E(உருவாகும்) ÷ Σ E(உடைக்கப்படும்) (2) ΔH = Σ E(உடைக்கப்படும்) (3) ΔH = Σ E(உருவாகும்) − Σ E(உடைக்கப்படும்) (4) ΔH = Σ E(உடைக்கப்படும்) − Σ E(உருவாகும்) (5) ΔH = Σ E(உடைக்கப்படும்) + Σ E(உருவாகும்)
விடை: (4). பிணைப்பு உடைப்பதற்குச் சக்தி தேவை (அகவெப்பம், +); பிணைப்பு உருவாகும்போது சக்தி வெளிவிடப்படுகின்றது (புறவெப்பம், −). எனவே ΔH = Σ E(உடைக்கப்படும் பிணைப்புகள்) − Σ E(உருவாகும் பிணைப்புகள்). வரிசையை மாற்றினால் குறி தலைகீழாகும்.
10. போன்-ஏபர் சக்கரத்தில் (Born-Haber cycle) ஒரு வாயு நிலை எதிர் அயனுக்கு இரண்டாவது இலத்திரனைச் சேர்க்கும் இரண்டாம் இலத்திரன் ஏற்றல் வெப்பவுள்ளுறை EA₂ பற்றிய சரியான கூற்று எது?
(1) எப்போதும் பூச்சியம் (2) முதலாம் இலத்திரன் ஏற்றலுக்குச் சமம் (3) வெப்பநிலையில் தங்கியுள்ளது (4) எப்போதும் மறைப் பெறுமானம் (5) நேர்ப் பெறுமானம், ஏனெனில் எதிர் அயனுக்கு e⁻ சேர்க்க e⁻ ஐ விரட்ட வேண்டும்
விடை: (5). முதலாம் இலத்திரன் ஏற்றல் பொதுவாக புறவெப்பம் (EA₁ < 0). ஆனால் ஏற்கனவே எதிர் ஏற்றமுள்ள அயனுடன் இன்னோர் இலத்திரனைச் சேர்க்க, இலத்திரன்-இலத்திரன் தள்ளுகையை வெல்லச் சக்தி வழங்க வேண்டும்; எனவே EA₂ நேர்ப் பெறுமானம் கொள்கின்றது.
11. பின்வரும் பதார்த்தங்களுள் ஒரு மூலுக்கு மிக உயர்ந்த எந்திரப்பியை (entropy) எது கொண்டிருக்கும்?
(1) நீராவி, H₂O(g) (2) திண்ம செப்பு (3) திண்ம சோடியம் குளோரைட்டு (4) பனிக்கட்டி, H₂O(s) (5) திரவ நீர், H₂O(l)
விடை: (1). எந்திரப்பி என்பது எழுமாற்றுத் தன்மையின் அளவீடாகும். வாயு நிலையில் துணிக்கைகள் மிக உயர் எழுமாற்று இயக்கம் கொண்டிருப்பதால் வாயுக்கள் மிக உயர்ந்த எந்திரப்பியைக் கொள்கின்றன: வாயு > திரவம் > திண்மம்.
12. ஒரு தாக்கத்தில் வாயு நிலை விளைவுகளின் மூல் எண்ணிக்கை வாயு நிலைத் தாக்கிகளின் மூல் எண்ணிக்கையிலும் கூடுதலாக இருந்தால், அத்தாக்கத்தின் எந்திரப்பி மாற்றம் ΔS பற்றி எதை எதிர்வு கூறலாம்?
(1) ΔS மறையாக இருக்கும் (2) ΔS நேராக இருக்கும் (3) ΔS பூச்சியம் (4) ΔS = ΔH (5) எதையும் கூற முடியாது
விடை: (2). வாயு மூல்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கும்போது தொகுதியின் எழுமாற்றுத் தன்மை அதிகரிக்கின்றது; எனவே எந்திரப்பி மாற்றம் ΔS நேர்ப் பெறுமானம் கொள்ளும் என எதிர்வு கூறலாம்.
13. கிப்ஸின் சுயாதீன சக்தி மாற்றம் ΔG = 0 ஆக அமைந்தால், அத்தாக்கம் பற்றிய சரியான கருத்து யாது?
(1) ΔH = 0 (2) தாக்கம் முற்றாக முற்புறமாக நிகழும் (3) தாக்கம் சமநிலையில் உள்ளது (4) தாக்கம் சுயமாக நிகழாது (5) தாக்கம் புறவெப்பம்
விடை: (3). மாறா வெப்பநிலையிலும் அமுக்கத்திலும் ΔG < 0 எனில் தாக்கம் சுயமாக நிகழும்; ΔG > 0 எனில் சுயமாக நிகழாது; ΔG = 0 எனில் தாக்கம் சமநிலையில் உள்ளது — முற்புறம், பிற்புறம் ஆகிய இரு திசைகளிலும் நிகர மாற்றம் பூச்சியமாகும்.
14. ஒரு தாக்கத்திற்கு ΔH நேர்ப் பெறுமானமாகவும் ΔS மறைப் பெறுமானமாகவும் இருந்தால், அத்தாக்கத்தின் சுயாதீன தன்மை பற்றிய சரியான கூற்று எது?
(1) எல்லா வெப்பநிலையிலும் சுயமாக நிகழும் (2) உயர் வெப்பநிலையில் மட்டும் சுயமாக நிகழும் (3) தாழ் வெப்பநிலையில் மட்டும் சுயமாக நிகழும் (4) எந்த வெப்பநிலையிலும் சுயமாக நிகழாது (5) 298 K இல் மட்டும் சுயமாக நிகழும்
விடை: (4). ΔG = ΔH − TΔS. ΔH நேராகவும் ΔS மறையாகவும் இருந்தால், −TΔS எப்போதும் நேராக அமைகின்றது (T எப்போதும் நேர்). எனவே ΔG எல்லா வெப்பநிலையிலும் நேராகவே இருக்கும்; அத்தாக்கம் எந்த வெப்பநிலையிலும் சுயமாக நிகழாது.
15. ஒரு தாக்கத்திற்கு ΔH = −80 kJ mol⁻¹ உம் ΔS = +200 J K⁻¹ mol⁻¹ உம் ஆகும். 298 K இல் ΔG இன் பெறுமானம் தோராயமாக யாது?
(1) −80 kJ mol⁻¹ (2) −20 kJ mol⁻¹ (3) +60 kJ mol⁻¹ (4) +140 kJ mol⁻¹ (5) −140 kJ mol⁻¹
விடை: (5). ΔS ஐ kJ க்கு மாற்றுக: 200 J K⁻¹ mol⁻¹ = 0.200 kJ K⁻¹ mol⁻¹. ΔG = ΔH − TΔS = −80 − (298 × 0.200) = −80 − 59.6 = −139.6 ≈ −140 kJ mol⁻¹. ΔG மறையாக இருப்பதால் தாக்கம் சுயமாக நிகழும்.
16. அயனச் சேர்வைகளின் சாலகச் சக்தியின் (lattice energy) பருமன் தொடர்பான சரியான போக்கு எது?
(1) MgO > NaCl மற்றும் LiF > LiI (2) எல்லா அயனச் சேர்வைகளிலும் சமம் (3) ஏற்றத்திலோ அயன ஆரையிலோ தங்கியிராது (4) NaCl > MgO (5) LiI > LiF
விடை: (1). சாலகச் சக்தியின் பருமன் |U| ∝ |q⁺ × q⁻| ÷ (r⁺ + r⁻). MgO இல் அயன ஏற்றங்கள் (2+, 2−) NaCl இலும் (1+, 1−) கூடுதலாக இருப்பதால் MgO > NaCl. LiF இல் அயன்கள் LiI இலும் சிறியதாக இருப்பதால் அயன்களிடைத் தூரம் குறைந்து LiF > LiI.
17. 🟢 1982/56 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
CO₂, CO ஆகியவற்றின் நியமத் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறைகள் முறையே −393.5 kJmol⁻¹ உம் −110.5 kJmol⁻¹ உம் ஆகும். 2CO + O₂ → 2CO₂ எனும் தாக்கத்தின் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் யாது?
(1) −172 kJ (2) −566 kJ (3) மேற்கூறியவற்றில் எவையுமல்ல (4) −283 kJ (5) −504 kJ
விடை: (2). ΔH = [2×ΔH°f(CO₂)] − [2×ΔH°f(CO)] = [2×(−393.5)] − [2×(−110.5)] = −787.0 − (−221.0) = −566 kJ. (O₂ ஏற்கனவே நியம நிலையில் உள்ள மூலகம்; அதன் ΔH°f = 0.)
18. 🟢 1983/25 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
CO₂(g), H₂O(l), CH₃OH(l) என்பவைகளின் நியமத் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை முறையே −393.5 kJmol⁻¹, −285.9 kJmol⁻¹, −239.3 kJmol⁻¹ ஆகும். மெதனோலின் நியமத் தகன வெப்பவுள்ளுறை யாது?
(1) −553.0 kJmol⁻¹ (2) −918.7 kJmol⁻¹ (3) −726.0 kJmol⁻¹ (4) −363.0 kJmol⁻¹ (5) −440.1 kJmol⁻¹
விடை: (3). தகனத் தாக்கம்: CH₃OH(l) + 3/2 O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l).
ΔH°c = [ΔH°f(CO₂) + 2×ΔH°f(H₂O)] − ΔH°f(CH₃OH) = [(−393.5) + 2×(−285.9)] − (−239.3) = (−393.5 − 571.8) + 239.3 = −965.3 + 239.3 = −726.0 kJ mol⁻¹.
19. 🟢 2023(2024)/P1/Q18 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
H–H, Cl–Cl, H–Cl ஆகியவற்றின் பிணைப்புச் சக்திகள் முறையே 430, 240, 430 kJ mol⁻¹ ஆகும். தாக்கம் H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g) இன் சக்தி வரிப்படத்தைப் பின்வருவனவற்றில் எது வகைகுறிக்கின்றது? (ஐந்து சக்தி வரிப்பட விருப்பங்களிலும் தாக்கு ஆள்கூறு அச்சில் H₂(g)+Cl₂(g) உம் 2HCl(g) உம் காட்டப்பட்டு, அவற்றுக்கிடையிலான சக்தி வேறுபாடு வெவ்வேறு எண்களாலும் திசைகளாலும் காட்டப்பட்டுள்ளது.)
(1) H₂+Cl₂ இலிருந்து 240 kJ அதிக சக்தியில் 2HCl (வெப்பம் உட்கிரகிக்கும்) (2) H₂+Cl₂ இலிருந்து 190 kJ அதிக சக்தியில் 2HCl (3) H₂+Cl₂ இலிருந்து 380 kJ அதிக சக்தியில் 2HCl (4) H₂+Cl₂ இலிருந்து 190 kJ குறைவான சக்தியில் 2HCl (உயிர்வெப்பம் வெளியேறல்) (5) H₂+Cl₂ இலிருந்து 240 kJ குறைவான சக்தியில் 2HCl
விடை: (4). ΔH = (பிணைப்புகள் உடைந்தன) − (பிணைப்புகள் உருவாகின) = (H–H + Cl–Cl) − (2×H–Cl) = (430+240) − (2×430) = 670−860 = −190 kJ mol⁻¹ (உயிர்வெப்பம் வெளியேறும் தாக்கம்). எனவே 2HCl(g) இன் சக்தி நிலை H₂(g)+Cl₂(g) இன் சக்தி நிலையை விடத் 190 kJ mol⁻¹ குறைவாக அமைதல் வேண்டும் — ஏனைய விருப்பங்கள் தவறான எண்ணையோ (240, 380) தவறான திசையையோ (உட்கிரகிக்கும் என, எண்முடிவு உயர்வாக) காட்டுகின்றன.
20. 🟢 2023(2024)/P1/Q19 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
கீழே தரப்பட்டுள்ள தாக்கங்களைக் கருதுக. வெப்பநிலை T இல் ΔG பெறுமானங்கள் தரப்பட்டுள்ளன.
4NH₃(g) + 5O₂(g) → 4NO(g) + 6H₂O(l), ΔG = −1010 kJ mol⁻¹
2NO₂(g) → 2NO(g) + O₂(g), ΔG = 70 kJ mol⁻¹
4NO₂(g) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4HNO₃(aq), ΔG = −170 kJ mol⁻¹
தாக்கம் NH₃(g)+2O₂(g) → HNO₃(aq)+H₂O(l) இன் வெப்பநிலை T இலான ΔG (kJ mol⁻¹) ஆனது
(1) −1320 (2) −1250 (3) −1110 (4) −580 (5) −330
விடை: (5) −330. Hess விதியின்படி, இலக்குத் தாக்கத்தை மூன்று தரப்பட்ட தாக்கங்களின் தொகுப்பாகப் பெறலாம்: (முதலாம் தாக்கம் ÷ 4) + (இரண்டாம் தாக்கத்தின் தலைகீழ் ÷ 2) + (மூன்றாம் தாக்கம் ÷ 4):
NH₃+(5/4)O₂→NO+(3/2)H₂O, ΔG=−1010/4=−252.5
NO+(1/2)O₂→NO₂, ΔG=−70/2=−35 (இரண்டாம் தாக்கத்தின் தலைகீழாக்கம்)
NO₂+(1/4)O₂+(1/2)H₂O→HNO₃(aq), ΔG=−170/4=−42.5
இம்மூன்றையும் கூட்டி NO, NO₂ ஆகிய இடை விளைபொருட்களை ரத்துச்செய்தால்: NH₃(g)+2O₂(g)→HNO₃(aq)+H₂O(l) — சரியான இலக்குத் தாக்கமே கிடைக்கின்றது. ΔG = −252.5 + (−35) + (−42.5) = −330 kJ mol⁻¹.
21. 🟢 2023(2024)/P1/Q23 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
CH₃OH(g) → CO(g) + 2H₂(g), ΔH° = 91 kJ mol⁻¹. ஒரு வெப்பக் காவலிட்ட (adiabatic) மூடிய விறைத்த கொள்கலத்தில் மேற்குறித்த தாக்கம் நிறைவேறும் நிலைக்கு நடைபெறுகின்றது. (i) கொள்கலத்தில் உள்ள பொருள்களின் வெப்பநிலை (ii) தாக்கத்தின் ΔS° இன் குறி தொடர்பாகப் பின்வருவனவற்றில் எது சரியானது?
வெப்பநிலை ΔS° இன் குறி
(1) அதிகரிக்கின்றது + (2) குறைகின்றது + (3) குறைகின்றது − (4) அதிகரிக்கின்றது − (5) மாறாது +
விடை: (2) குறைகின்றது, +. ΔS° இன் குறி: தாக்கத்தில் 1 mol வாயு தாக்கியிலிருந்து 3 mol வாயு விளைபொருள் உண்டாகிறது (CH₃OH→CO+2H₂) — வாயு மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை அதிகரிப்பதால் ஒழுங்கின்மை அதிகரிக்கிறது, எனவே ΔS° நேர்மறையானது (+). வெப்பநிலை: கொள்கலம் வெப்பக் காவலிடப்பட்டுள்ளது (adiabatic — வெளியிலிருந்து வெப்பம் உள்நுழையவோ வெளியேறவோ முடியாது) என்பதால், தாக்கத்திற்குத் தேவையான சக்தி (ΔH°=+91 kJ/mol, உட்கிரகிக்கும் தாக்கம்) கொள்கலத்திற்குள் இருக்கும் பொருட்களின் சொந்த வெப்ப சக்தியிலிருந்தே பெறப்படவேண்டும் — இதனால் கொள்கலத்தின் வெப்பநிலை குறையும்.
22. 🟢 2024/P1/Q12 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டத்துடன் உறுதிசெய்யப்பட்டது)
H–H, Cl–Cl, H–Cl ஆகியவற்றின் பிணைப்புச் சக்திகள் முறையே 436, 242, 431 kJ mol⁻¹ ஆகும். தாக்கம் ½H₂(g) + ½Cl₂(g) ⟶ HCl(g) இன் வெப்பவுள்ளூறை மாற்றம் (kJ mol⁻¹) யாது?
(1) −92 (2) 92 (3) 184 (4) 247 (5) −184
விடை: (1) −92. வெப்பவுள்ளூறை மாற்றம் = உடைக்கப்படும் பிணைப்புகளின் சக்தி − உருவாகும் பிணைப்புகளின் சக்தி (ΔH = ΣE(உடையும்) − ΣE(உருவாகும்)). ½H₂ இன் ½ H–H பிணைப்பையும், ½Cl₂ இன் ½ Cl–Cl பிணைப்பையும் உடைக்க வேண்டும்; ஒரு HCl இன் ஒரு H–Cl பிணைப்பு உருவாகின்றது.
உடைக்கப்படும் சக்தி = ½(436) + ½(242) = 218 + 121 = 339 kJ.
உருவாகும் சக்தி = 431 kJ (ஒரு H–Cl பிணைப்பு).
ΔH = 339 − 431 = −92 kJ mol⁻¹ (வெளிவெப்ப தாக்கம் — உருவாகும் பிணைப்பின் சக்தி உடைக்கப்படும் பிணைப்புகளின் மொத்தச் சக்தியை விட அதிகமாக இருப்பதால் சக்தி வெளியிடப்படுகின்றது).
23. 🟢 2024/P1/Q17 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டத்துடன் உறுதிசெய்யப்பட்டது)
பின்வரும் தாக்கங்களைக் கருதுக: H₂(g) + ½O₂(g) → H₂O(g); ΔH = −241.8 kJ mol⁻¹. H₂(g) + ½O₂(g) → H₂O(l); ΔH = −285.8 kJ mol⁻¹. நீரின் ஆவியாக்கலின் வெப்பவுள்ளூறை மாற்றம் (kJ mol⁻¹)
(1) 0 (2) 44 (3) 88 (4) −88 (5) −44
விடை: (2) 44. ஆவியாக்கல் என்பது H₂O(l) → H₂O(g). எசு விதியின்படி (Hess's law), இலக்குத் தாக்கத்தை தரப்பட்ட இரு உருவாக்கத் தாக்கங்களின் வித்தியாசமாகப் பெறலாம்: H₂O(l) → H₂O(g) = [H₂(g)+½O₂(g)→H₂O(g)] − [H₂(g)+½O₂(g)→H₂O(l)].
ΔH_ஆவியாக்கல் = ΔH(H₂O,g) − ΔH(H₂O,l) = (−241.8) − (−285.8) = −241.8 + 285.8 = +44.0 kJ mol⁻¹.
குறி நேர்மறையாக இருப்பது எதிர்பார்க்கப்படுவதே — ஆவியாக்கல் எப்போதும் ஓர் உட்கிரகிக்கும் (endothermic) மாற்றமாகும் (திரவத்தில் உள்ள மூலக்கூறிடை ஈர்ப்பு விசைகளை (ஐதரசன் பிணைப்பு உள்ளிட்ட) முறிக்க சக்தி தேவைப்படும்).
24. 🟢 2024/P1/Q18 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டத்துடன் உறுதிசெய்யப்பட்டது)
A, B என்னும் தாக்கிகளின் கரைசல்கள் ஒரு முகவையிற் கலக்கப்படும்போது ஒரு சுய தாக்கம் (spontaneous reaction) கலவையின் வெப்பநிலையைக் குறைத்துக் கொண்டு நடைபெறுகின்றது. பின்வரும் எது A இற்கும் B இற்குமிடையே நடைபெறும் தாக்கம் தொடர்பாகச் சரியானது?
ΔH ΔS
(1) − + (2) − − (3) − 0 (4) + − (5) + +
விடை: (5) +, +. கலவையின் வெப்பநிலை குறைவது, சுற்றுச்சூழலிலிருந்து (கரைசலிலிருந்தே) தாக்கம் வெப்பத்தை உறிஞ்சுவதைக் காட்டுகின்றது — எனவே தாக்கம் உட்கிரகிக்கும் (endothermic), ΔH நேர்மறை (+).
தாக்கம் சுயமாக (spontaneous) நடைபெறுகின்றது என்பதால், ΔG < 0. ΔG = ΔH − TΔS என்பதன்படி, ΔH நேர்மறையாக இருக்கும்போது ΔG எதிர்மறையாக இருக்க வேண்டுமெனில், TΔS ஆனது ΔH ஐ விடப் பெரிதாக இருக்க வேண்டும் — இதற்கு ΔS நேர்மறையாகவே இருக்க வேண்டும் (போதிய அளவு பெரியதாக). எனவே ΔH = +, ΔS = + — (5).
25. 🟢 2024/P1/Q20 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டத்துடன் உறுதிசெய்யப்பட்டது)
பின்வரும் வெப்பவுள்ளுறை வரிப்படத்தைக் கருதுக: Ca²⁺(g)+2Cl⁻(g) → CaCl₂(s), சாலகச் சக்தி = −2258 kJ mol⁻¹; CaCl₂(s) → Ca²⁺(aq)+2Cl⁻(aq), ΔHநீரேற்றல் = −120 kJ mol⁻¹. Ca²⁺(g) இன் நீரேற்றலின் வெப்பவுள்ளூறை மாற்றம் −1650 kJ mol⁻¹ ஆகும். Cl⁻(g) இன் நீரேற்றல் வெப்பவுள்ளூறை மாற்றம் (kJ mol⁻¹)
(1) 2378 (2) −728 (3) −364 (4) 364 (5) 728
விடை: (3) −364. எசு விதியின்படி (Hess's law), Ca²⁺(g)+2Cl⁻(g) இலிருந்து Ca²⁺(aq)+2Cl⁻(aq) வரையான இரு பாதைகளும் சமமான மொத்த வெப்பவுள்ளூறை மாற்றத்தைத் தர வேண்டும்:
பாதை 1 (திண்மம் வழியாக): சாலகச் சக்தி + ΔHநீரேற்றல்(CaCl₂) = −2258 + (−120) = −2378 kJ mol⁻¹.
பாதை 2 (நேரடி நீரேற்றல்): ΔHநீரேற்றல்(Ca²⁺) + 2×ΔHநீரேற்றல்(Cl⁻).
இரு பாதைகளும் சமம்: −1650 + 2×ΔHநீரேற்றல்(Cl⁻) = −2378.
2×ΔHநீரேற்றல்(Cl⁻) = −2378 + 1650 = −728.
ΔHநீரேற்றல்(Cl⁻) = −728/2 = −364 kJ mol⁻¹.
26. 🟢 2025/P1/Q13 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
23°C வெப்பநிலையில் NaOH(s) நீரிற் கரைவதற்கான வெப்பவுள்ளூறை மாற்றம், ΔH ஆனது −42 kJ mol⁻¹ ஆகும். ஒரு காவலிட்ட பாத்திரத்தில் 23°C இல் உள்ள 230 g நீரில் NaOH(s) இன் 20 g அளவு கரைக்கப்பட்டது. இங்கு கிடைத்த கரைசலின் தன்வெப்பக் கொள்ளளவு 4.2 J g⁻¹ K⁻¹ ஆகும். கரைசலின் இறுதி வெப்பநிலை யாது? (H=1, O=16, Na=23)
(1) 20°C (2) 21.7°C (3) 42°C (4) 43°C (5) 44.7°C
விடை: (4) 43°C. NaOH இன் வெகுணுத்திணிவு = 23+16+1 = 40 g mol⁻¹. மோல் எண்ணிக்கை = 20/40 = 0.5 mol.
வெளியிடப்பட்ட வெப்பம் q = 0.5 mol × 42000 J mol⁻¹ = 21000 J (கரைதல் வெப்பநுகர்வுறாதது, −ΔH என்பதால் வெப்பம் வெளியேறுகிறது).
கரைசலின் மொத்த திணிவு m = 230 + 20 = 250 g.
q = m·c·ΔT ⟹ ΔT = q/(m·c) = 21000/(250×4.2) = 21000/1050 = 20 K.
இறுதி வெப்பநிலை = 23 + 20 = 43°C.
27. 🟢 2025/P1/Q18 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
அறை வெப்பநிலையில் ஒரு முகவையில் வைக்கப்பட்டுள்ள ஒரு சிறிய நீர் மாதிரி 6 மணித்தியாலங்களுக்குப் பின்னர் முற்றாக ஆவியாகியுள்ளது எனக் கண்டறியப்பட்டது. நீர் மாதிரி தொடர்பான இச்செயன்முறைக்குப் பின்வரும் எவ்விவரணம் சரியானது?
ΔH ΔS ΔG
(1) >0, >0, >0 (2) >0, <0, >0 (3) <0, <0, <0 (4) >0, >0, <0 (5) >0, <0, <0
விடை: (4) ΔH>0, ΔS>0, ΔG<0. ஆவியாதல் (liquid→gas) ஒரு வெப்பநுகர் (endothermic) மாற்றமாகும் — திரவ நிலையின் மூலக்கூற்றிடை ஈர்ப்புகளை மீறுவதற்கு ஆற்றல் தேவைப்படுகின்றது, எனவே ΔH > 0.
வாயு நிலை திரவ நிலையை விட மிக அதிக சீரின்மையைக் (disorder) கொண்டது — மூலக்கூறுகள் அதிக சுதந்திரமாக நகரக்கூடியவை, அதிக பரிமாண இடத்தை ஆக்கிரமிக்கின்றன — எனவே ΔS > 0.
திறந்த முகவையில் நீராவி தொடர்ந்து சுற்றுச்சூழலுக்குள் பரவி நீக்கப்படுவதால் (சமநிலை நீராவி அமுக்கத்தை ஒருபோதும் எட்டாமல்), நீர் ஆவியாகும் நடைமுறைச் செயன்முறை இச்செயற்கூடு (actual, non-equilibrium) நிலைமைகளின் கீழ் தானாக நடைபெறுகின்றது (இதனாலேயே 6 மணித்தியாலங்களில் முற்றாக ஆவியானது) — எனவே ΔG < 0 இச்செயற்கூறு நிலைமைகளின் கீழ்.
28. 🟢 2025/P1/Q21 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
Hg(s) → Hg(l), ΔH = 2.4 kJ mol⁻¹ எனவும் Hg(l) இன் சாதாரண உறைநிலை = −38°C எனவும் தரப்பட்டிருப்பின், சாதாரண உறைநிலையில் Hg(l) இன் 47 g உறையும்போது (freeze) நடைபெறும் எந்திரப்பி மாற்றம் (J K⁻¹) யாது? (Hg = 200)
(1) −14.84 (2) 14.84 (3) 2.40 (4) −0.49 (5) −2.40
விடை: (5) −2.40. மோல் எண்ணிக்கை = 47/200 = 0.235 mol.
உறைதல் என்பது உருகுதலின் தலைகீழ் மாற்றமாகும்: Hg(l)→Hg(s), ΔHஉறைதல் = −2.4 kJ mol⁻¹ (வெப்பம் வெளியேறும்).
இவ்வளவு பொருளுக்கான ΔH = 0.235 mol × (−2400 J mol⁻¹) = −564 J.
ஒரு நிலைமாற்றம் அதன் சமநிலை வெப்பநிலையில் (சாதாரண உறைநிலை) நடைபெறும்போது, ΔS = ΔH/T ஆகும் (தலைகீழ்நிலைக்கூடிய மாற்றம்).
T = −38°C = 235 K.
ΔS = −564/235 = −2.40 J K⁻¹.
(எதிர்மறை அடையாளம் எதிர்பார்க்கத்தக்கது — திரவம் திண்மமாக உறையும்போது சீரின்மை குறைகின்றது.)
29. 🟡 2025/P1/Q38 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (⚠ உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டம் ஐந்து விருப்பங்களையுமே ஏற்கின்றது — "(All)")
பின்வரும் தாக்கத்திற்கு 25°C இல் வெப்பவுள்ளூறை மாற்றம் ΔH ஆனது −126 kJ ஆகும்: 2Na₂O₂(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + O₂(g). 25°C இல் Na₂O₂(s) இன் ஒரு தரப்பட்ட அளவு மிகையான நீருடன் சேர்க்கப்படும்போது நடைபெறும் வெப்பவுள்ளூறை மாற்றம் பற்றிய பின்வரும் எந்தக் கூற்று/கூற்றுகள் சரியானது/சரியானவை? (H=1, O=16, Na=23)
(a) Na₂O₂(s) இன் ஒரு மூல் சேர்க்கப்படும்போது 63.0 kJ சக்தி விடுவிக்கப்படுகின்றது.
(b) Na₂O₂(s) இன் 39 g சேர்க்கப்படும்போது 31.5 kJ சக்தி உறிஞ்சப்படுகின்றது.
(c) Na₂O₂(s) இன் ஒரு மூல் சேர்க்கப்படும்போது 63.0 kJ சக்தி உறிஞ்சப்படுகின்றது.
(d) Na₂O₂(s) இன் 39 g சேர்க்கப்படும்போது 31.5 kJ சக்தி விடுவிக்கப்படுகின்றது.
(a),(b) ஆகியன மாத்திரம் திருத்தமானவையெனில் (1); (b),(c) ஆகியன மாத்திரம் திருத்தமானவையெனில் (2); (c),(d) ஆகியன மாத்திரம் திருத்தமானவையெனில் (3); (d),(a) ஆகியன மாத்திரம் திருத்தமானவையெனில் (4); வேறு தெரிவுகளின் எண்ணோ சேர்மானங்களோ திருத்தமானவையெனில் (5).
⚠ உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டம் இவ்வினாவிற்கு "(All)" எனக் குறிக்கின்றது — அதாவது ஐந்து விருப்பங்களுமே (1)-(5) மதிப்பெண்ணுக்குக் கணக்கிடப்பட்டன (இது ஒரு அங்கீகரிக்கப்பட்ட தெளிவின்மை/சர்ச்சையைக் காட்டுகின்றது). எமது சுயேச்சையான பகுப்பாய்வு பின்வருமாறு:
வெகுணுத்திணிவு Na₂O₂ = 2(23)+2(16) = 46+32 = 78 g mol⁻¹. கொடுக்கப்பட்ட சமன்பாடு 2 mol Na₂O₂ க்கு ΔH=−126 kJ ஆகும் — எனவே 1 mol க்கு ΔH = −126/2 = −63.0 kJ mol⁻¹ (வெப்பவெளியேற்றம், எனவே 1 mol சேர்க்கப்படும்போது 63.0 kJ விடுவிக்கப்படும்).
39 g Na₂O₂ = 39/78 = 0.5 mol. ஆற்றல் = 0.5 × 63.0 = 31.5 kJ, இதுவும் விடுவிக்கப்படும் (வெப்பவெளியேற்றத் தாக்கம் என்பதால்).
(a) சரி — 1 mol → 63.0 kJ விடுவிக்கப்படும் (அளவும் திசையும் சரி).
(b) தவறு — அளவு (31.5 kJ) சரியே, ஆனால் திசை தவறு: "உறிஞ்சப்படுகின்றது" எனல் தவறு — தாக்கம் வெப்பவெளியேற்றமானது (ΔH<0), எனவே ஆற்றல் விடுவிக்கப்பட வேண்டும், உறிஞ்சப்படக் கூடாது.
(c) தவறு — அளவு (63.0 kJ) சரியே, ஆனால் திசை தவறு (இதே காரணத்தால்).
(d) சரி — 39 g → 31.5 kJ விடுவிக்கப்படும் (அளவும் திசையும் சரி).
எமது கணக்கீட்டின்படி (a),(d) மாத்திரமே சரி — இது அட்டவணையில் (4) உடன் பொருந்தும். மாணவர்கள் தேர்வில் மதிப்பெண்களுக்காக இந்த "(All)" குறியீட்டை மனதில் கொள்ளுமாறு பரிந்துரைக்கப்படுகின்றது, ஆனால் கீழுள்ள (a)/(d) சரி, (b)/(c) தவறு எனும் தர்க்கத்தையும் புரிந்துகொள்ளல் அவசியம்.
30. 🟢 2025/P1/Q46 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
முதலாம் கூற்று: நீருக்கு உருகலின் வெப்பவுள்ளூறை ΔHfus ஆனது அதன் ஆவியாக்கல் வெப்பவுள்ளூறை ΔHvap இலும் குறைவாகும்.
இரண்டாம் கூற்று: ஆவியாக்கலுடன் ஒப்பிடுகையில் உருகலின்போது நீர் மூலக்கூறுகள் கூடுதலான தூரத்திற்கு விலகிச் செல்லல் நடைபெறுகின்றது.
(1) இரண்டும் உண்மை, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தருகிறது (2) இரண்டும் உண்மை, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தராது (3) முதலாம் கூற்று உண்மை, இரண்டாம் கூற்று பொய் (4) முதலாம் கூற்று பொய், இரண்டாம் கூற்று உண்மை (5) இரண்டும் பொய்
விடை: (3) — முதலாம் கூற்று உண்மை, இரண்டாம் கூற்று பொய். முதலாம் கூற்று உண்மை — நீரின் ΔHfus≈6.01 kJ mol⁻¹, ΔHvap≈40.7 kJ mol⁻¹ — ΔHfus ΔHvap இலும் மிகக் குறைவு (இது கிட்டத்தட்ட அனைத்துப் பதார்த்தங்களுக்கும் உண்மையான, பொதுவான தன்மையாகும்).
இரண்டாம் கூற்று பொய் — உண்மையில் நேர்மாறு: ஆவியாக்கலின்போதே மூலக்கூறுகள் மிகக் கூடுதலான தூரத்திற்கு (இறுக்கமான திரவத்திலிருந்து பரவலான வாயுவிற்கு) விலகிச் செல்கின்றன; உருகலின்போது மூலக்கூறுகள் பெரும்பாலும் ஒன்றையொன்று தொட்டவாறே இருந்து, ஒன்றையொன்று கடந்து பாய்வதற்குத் தேவையான சுதந்திரத்தை மாத்திரமே பெறுகின்றன — தூரத்தில் ஏற்படும் மாற்றம் மிகக் குறைவே. ΔHfus குறைவாக இருப்பதற்கான காரணமே இதுவாகும் — உருகலின்போது குறைந்த மூலக்கூற்றிடை ஈர்ப்புகளே முறிக்கப்படுகின்றன, ஆவியாக்கலின்போது அனைத்து மூலக்கூற்றிடை ஈர்ப்புகளும் முறிக்கப்படுகின்றன.
எனவே முதலாம் கூற்று உண்மை, இரண்டாம் கூற்று பொய் = (3).
31. 🟢 2019/P1/Q33 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டத்துடன் உறுதிசெய்யப்பட்டது)
ஓர் அகவெப்பத் தாக்கம் மாறா வெப்பநிலையிலும் அழுக்கத்திலும் சுயமாக நடைபெற்றால்:
(a) தொகுதியின் வெப்பவுள்ளுறை குறையும். (b) தொகுதியின் எந்திரப்பி அதிகரிக்கும்.
(c) தொகுதியின் வெப்பவுள்ளுறை அதிகரிக்கும். (d) தொகுதியின் எந்திரப்பி மாறமாட்டாது.
சரியான கூற்று/கூற்றுகளைத் தேர்ந்தெடுக்க.
(1) (a),(b) (2) (b),(c) (3) (c),(d) (4) (d),(a) (5) வேறு தெரிவுகளின் சேர்மானங்கள்
விடை: (2) (b),(c). தாக்கம் அகவெப்பம் (endothermic) என்பதன் வரையறையே ΔH>0, அதாவது தொகுதியின் வெப்பவுள்ளுறை அதிகரிக்கின்றது — (c) சரி, (a) தவறு.
தாக்கம் சுயமாக (spontaneous) நடைபெறுவதற்கு ΔG=ΔH−TΔS<0 வேண்டும். ΔH>0 (தரப்பட்டது) என்பதால், TΔS>ΔH>0 வேண்டும் — இதற்கு ΔS நேராகவும் (எந்திரப்பி அதிகரிக்க வேண்டும்) போதுமான அளவு பெரியதாகவும் இருத்தல் அவசியம். எனவே (b) சரி, (d) தவறு.
சரியான கூற்றுகள் = (b),(c) — விருப்பம் (2).
32. 🟢 2020/P1/Q13 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
298K இல் H₂(g), C(s), CH₃OH(l) ஆகியவற்றின் நியமத் தகன வெப்பவெளியேற்றைகள் முறையே −286 kJ mol⁻¹, −393 kJ mol⁻¹, −726 kJ mol⁻¹ ஆகும். CH₃OH(l) இன் ஆவியாதலின் வெப்பவெளியேற்றை +37 kJ mol⁻¹ ஆகும். 298K இல் வாயுநிலையில் உள்ள CH₃OH இன் ஒரு மோலின் ஆக்க வெப்பவெளியேற்றை (kJ mol⁻¹) ஆனது
(1) −202 (2) +84 (3) +202 (4) −276 (5) −239
விடை: (1) −202. ஹெஸ்ஸின் விதியைப் பயன்படுத்தி, முதலில் CH₃OH(l) இன் ஆக்க வெப்பவெளியேற்றையும், பின்னர் ஆவியாதல் திருத்தத்தையும் கணிக்க:
தகனச் சமன்பாடுகள்:
H₂(g)+½O₂(g)→H₂O(l); ΔHc=−286 kJ/mol
C(s)+O₂(g)→CO₂(g); ΔHc=−393 kJ/mol
CH₃OH(l)+3/2O₂(g)→CO₂(g)+2H₂O(l); ΔHc=−726 kJ/mol
ஆக்கத் தாக்கம்: C(s)+2H₂(g)+½O₂(g)→CH₃OH(l)
ΔHf(CH₃OH,l) = [ΔHc(C) + 2×ΔHc(H₂)] − ΔHc(CH₃OH,l)
= [(−393) + 2×(−286)] − (−726) = [−393−572] + 726 = −965+726 = −239 kJ/mol (திரவ நிலையில்).
வாயுநிலைக்கு மாற்ற ஆவியாதல் வெப்பத்தைச் சேர்க்க: ΔHf(CH₃OH,g) = ΔHf(CH₃OH,l) + ΔHvap = −239 + 37 = −202 kJ/mol.
33. 🟢 2020/P1/Q17 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
ஒரு தாக்கம் அறை வெப்பநிலையிலும் 1 atm அமுக்கத்திலும் சுய தாக்கமாக இராத அதே வேளை, அதே அமுக்கத்திலும் உயர் வெப்பநிலையிலும் சுய தாக்கமாக அமைகின்றது. பின்வருவனவற்றில் எது அறை வெப்பநிலையில் இத்தாக்கம் தொடர்பாகச் சரியானது? (ΔH, ΔS ஆகியன வெப்பநிலையுடனும் அமுக்கத்துடனும் மாறுவதில்லையெனக் கொள்க.)
ΔG ΔH ΔS
(1) நேர் நேர் நேர்
(2) நேர் மறை மறை
(3) நேர் மறை நேர்
(4) மறை நேர் மறை
(5) மறை மறை மறை
விடை: (1) ΔG நேர், ΔH நேர், ΔS நேர். ΔG=ΔH−TΔS. குறைந்த வெப்பநிலையில் சுயமாக நடைபெறாமை (ΔG>0) உயர் வெப்பநிலையில் சுயமாக நடைபெறுதலாக (ΔG<0) மாறுவதற்கு, −TΔS உறுப்பு T அதிகரிக்க அதிகரிக்க மேலும் எதிர்மறையாக மாற வேண்டும் — இதற்கு ΔS நேர் (எந்திரப்பி அதிகரிக்க வேண்டும்) அவசியம்.
குறைந்த வெப்பநிலையில் ΔG>0 என்பதற்கு (TΔS சிறியதாக இருக்கும்போது), ΔH நேர் ஆகவும் ஆதிக்கம் செலுத்தவும் வேண்டும்.
எனவே அறை வெப்பநிலையில்: ΔG நேர், ΔH நேர், ΔS நேர் — விருப்பம் (1).
34. 🟢 2020/P1/Q21 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
உயர் வெப்பநிலைகளில் CH₃OH(l) இன் 1 mol பின்வருமாறு பிரிகையடைகின்றது.
CH₃OH(l) → CO(g) + 2H₂(g); ΔH = +128 kJ
பின்வருவனவற்றில் எது மேற்குறித்த தாக்கம் தொடர்பாகச் சரியானதன்று (correct-NOT, அதாவது பிழையானது)? (H=1, C=12, O=16)
(1) CO(g)+2H₂(g) இன் வெப்பவுள்ளுறை CH₃OH(l) இன் வெப்பவுள்ளுறையிலும் உயர்ந்தது. (2) CO(g) இன் 1 mol உண்டாகும்போது 128 kJ வெப்பம் வெளியேறுகின்றது. (3) தாக்கியின் ஒரு மோல் பிரிகையடையும்போது 128 kJ வெப்பம் உறிஞ்சப்படுகின்றது. (4) விளைபொருள்களின் 32g உண்டாகும்போது 128 kJ வெப்பம் உறிஞ்சப்படுகின்றது. (5) CH₃OH(g) இன் 1 mol பிரிகையடையும்போது உறிஞ்சப்படும் வெப்பம் 128 kJ mol⁻¹ இலும் பார்க்கக் குறைவானது.
விடை: (2) — தவறானது. ⚠ கவனம்: வினாவின் கேள்வி "சரியானதன்று" (correct-அல்ல) என்பதால், பிழையான கூற்றையே தேர்ந்தெடுக்க வேண்டும்.
தாக்கம் அகவெப்பமானது (ΔH=+128kJ, நேர்) — எனவே CO(g) உருவாகும்போது வெப்பம் உறிஞ்சப்படுகின்றது (surroundings இலிருந்து சூழலுக்குள் நுழைகின்றது), "வெளியேறுவதில்லை". எனவே (3) இல் "வெளியேறுகின்றது" எனும் கூற்று தவறு.
மற்றவை அனைத்தும் சரி: (1) CH₃OH(g) ஏற்கனவே CH₃OH(l) ஐ விட அதிக வெப்பவுள்ளுறை உடையது (ஆவியாதல் அகவெப்பமானது) — எனவே வாயுநிலையிலிருந்து பிரிகையடைய குறைவான கூடுதல் வெப்பமே தேவை (128kJ இலும் குறைவு) — சரி.
(2) அகவெப்பத் தாக்கத்தில் (ΔH>0) விளைபொருட்களின் வெப்பவுள்ளுறை தாக்கிகளினதை விட அதிகமாகும் — சரி.
(4) தரப்பட்ட சமன்பாட்டையே நேரடியாக மீள்கூறுகின்றது (1 mol CH₃OH(l) பிரிகையடைய 128kJ உறிஞ்சப்படும்) — சரி.
(5) விளைபொருட்களின் மொத்த திணிவு = CO(28)+2H₂(4) = 32g, இது 1 mol தாக்கத்திற்குச் சமமானது — 128kJ உறிஞ்சப்படுதல் சரி.
எனவே (3) மாத்திரமே தவறானது (பிழையானது).
35. 🟢 2018/P1/Q13 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
CH₄(g) → CH₃(g) + H(g) எனும் தாக்கத்தைக் கருதுக. மேற்படி தாக்கத்தின் நியம வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம்:
(1) மெதேனின் நியம பிணைப்புக் கூட்டற்பிரிகை வெப்பவுள்ளுறை ஆகும்.
(2) மெதேனின் நியம மூலிகம் உருவாதலின் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ஆகும். (3) மெதேனின் முதலாவது C−H பிணைப்பிற்கான நியம பிணைப்புக் கூட்டற்பிரிகை வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ஆகும்.
(4) மெதேனின் நியம அணுவாதலின் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ஆகும்.
(5) மெதேனின் நியம முதலாம் அயனாக்க வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ஆகும்.
விடை: (3).
CH₄(g)→CH₃(g)+H(g) என்பது மெதேனில் இருந்து ஒரே ஒரு C−H பிணைப்பை உடைத்து CH₃• எனும் மூலிகத்தையும் H• அணுவையும் தருகின்றது -- இது துல்லியமாக "மெதேனின் முதலாவது C−H பிணைப்பு கூட்டற்பிரிகை வெப்பவுள்ளுறை" எனும் வரையறையாகும்.
(2) தவறு -- அணுவாதல் (atomization) என்பது CH₄(g)→C(g)+4H(g) என அனைத்து 4 பிணைப்புகளையும் முழுமையாக உடைத்தல் -- ஒரே பிணைப்பு உடைத்தல் அல்ல.
(3),(5) தவறு -- இவை அயனாக்கம்/மூலிகம் உருவாதல் தொடர்பான வேறுபட்ட வரையறைகள், இத்தாக்கத்திற்குப் பொருந்தாதவை.
(4) தவறு -- "முதலாவது" எனும் குறிப்பிட்ட விவரம் இல்லாமல் பொதுவாகக் கூறுவது துல்லியமற்றது (மெதேனுக்கு நான்கு தொடர்ச்சியான C-H பிணைப்புக் கூட்டற்பிரிகை வெப்பவுள்ளுறைகள் உள்ளன, ஒவ்வொன்றும் வேறுபட்டவை).
எனவே (1).
36. 🟢 2018/P1/Q23 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
ஒன்றுக்கொன்று வேறான இரண்டு வெப்பநிலைகளில் MO(s) → M(s) + ½O₂(g) எனும் தாக்கத்துக்கான நியம கிப்ஸ் சக்தி மாற்றங்கள் கீழே தரப்பட்டுள்ளன: T=1000K இல் ΔG°=−100.2 kJ mol⁻¹; T=2000K இல் ΔG°=−148.6 kJ mol⁻¹. தாக்கத்தின் நியம எந்திரப்பி மாற்றம்
(1) −248.8 J K⁻¹ mol⁻¹ (2) −48.4 J K⁻¹ mol⁻¹ (3) 348.4 J K⁻¹ mol⁻¹ (4) 48.4 J K⁻¹ mol⁻¹ (5) 248.8 J K⁻¹ mol⁻¹
விடை: (4) 48.4 J K⁻¹ mol⁻¹.
ΔG°=ΔH°−TΔS° (ΔH°, ΔS° இரண்டு வெப்பநிலைகளிலும் மாறாதவை எனக் கருதி):
−100.2 = ΔH° − 1000ΔS° ... (1)
−148.6 = ΔH° − 2000ΔS° ... (2)
(1)−(2): −100.2−(−148.6) = −1000ΔS°+2000ΔS° = 1000ΔS°
48.4 = 1000ΔS° ⟹ ΔS° = 0.0484 kJ K⁻¹ mol⁻¹ = 48.4 J K⁻¹ mol⁻¹.
(சரிபார்ப்பு: MO(s)→M(s)+½O₂(g) தாக்கத்தில் திண்மத்திலிருந்து வாயு உருவாகின்றது (0→0.5 mol வாயு) -- இது எந்திரப்பியை அதிகரிக்கும், எனவே நேர்மறை ΔS° எதிர்பார்க்கத்தக்கது, −48.4 அல்ல.)
எனவே (5).
37. 🟢 2018/P1/Q46 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
முதலாம் கூற்று: தனிமையாக்கப்பட்ட தொகுதியொன்றில் சுயமாக நடைபெறும் தாக்கமொன்றின் கிப்ஸ் சக்தி மாற்றமானது எப்போதும் மறை பெறுமானமாகும்.
இரண்டாம் கூற்று: தனிமையாக்கப்பட்ட தொகுதியொன்றில் சுயமாக நடைபெறும் ஒரு செயன்முறை எப்போதும் எந்திரப்பியின் அதிகரிப்புடன் தொடர்புடையது.
(1) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம் (2) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று (3) முதலாம் கூற்று சரி, இரண்டாம் கூற்று தவறு (4) முதலாம் கூற்று தவறு, இரண்டாம் கூற்று சரி (5) இரண்டும் தவறு
விடை: (4) -- முதலாம் கூற்று தவறு, இரண்டாம் கூற்று சரி.
முதலாம் கூற்று தவறு -- ஒரு தனிமையாக்கப்பட்ட தொகுதிக்கு கிப்ஸ் சக்தி (ΔG) என்பது சுயவியல்பின் நியம அளவீடு அல்ல -- ΔG மாறா T, P இல் (சூழலுடன் வெப்பப் பரிமாற்றம் கொள்ளும் மூடிய தொகுதிகளுக்கு) பயன்படுத்தப்படுகிறது, தனிமையாக்கப்பட்ட தொகுதிக்கு அல்ல.
இரண்டாம் கூற்று சரி -- இதுவே தனிமையாக்கப்பட்ட தொகுதிகளுக்கான சரியான வெப்ப-இயக்கவியல் இரண்டாம் விதிக் கூற்று: ΔS(தனிமை)≥0 சுயமான செயன்முறைகளுக்கு.
எனவே (4).
38. 🟢 2021(2022)/P1/Q19 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
சோடியம் அயனின் நியம நீரேற்றச் சக்திக்குப் (standard enthalpy of hydration) பொருந்தும் சரியான தாக்கம் எது?
(1) Na⁺(g)+H₂O(l)→Na⁺(aq)+OH⁻(aq)+H⁺(aq) (2) Na⁺(g)+Cl⁻(g)+H₂O(l)→Na⁺(aq)+Cl⁻(aq) (3) Na⁺(g)+OH⁻(aq)→NaOH(s) (4) NaCl(g)+H₂O(l)→Na⁺(aq)+OH⁻(aq)+HCl(aq) (5) Na⁺(g)+H₂O(l)→Na⁺(aq)
விடை: (5). நீரேற்றச் சக்தி (hydration enthalpy) என்பது ஒரு வாயு நிலை அயன் நீரில் கரைந்து ஓர் நீரேற்றப்பட்ட (aq) அயனாக மாறும்போது வெளியிடப்படும் சக்தியாகும் -- வரையறையின்படி இது ஒரே ஓர் அயனை மாத்திரம் உள்ளடக்க வேண்டும், வேறு எந்த அயனையும் (Cl⁻ போன்ற) அல்லது வினையையும் (பிரிகை, நடுநிலையாக்கல்) உள்ளடக்கக் கூடாது. (1) தவறு -- இது Na⁺, OH⁻ இரண்டையும் உள்ளடக்கி NaOH(s) தருகிறது (லேற்றிஸ் சக்தி போன்றது, நீரேற்றச் சக்தி அல்ல). (2) தவறு -- NaCl(g) பிரிகையையும் ஒரு நடுநிலையாக்கல்-போன்ற வினையையும் உள்ளடக்குகிறது. (3) சரி -- Na⁺(g) மாத்திரம் Na⁺(aq) ஆக நேரடியாக நீரேற்றமடைகிறது, வேறெதுவும் இல்லை. (4) தவறு -- கூடுதலாக OH⁻, H⁺ ஐத் தருகிறது (H₂O பிரிகையைக் குறிக்கிறது). (5) தவறு -- Cl⁻(g) ஐயும் உள்ளடக்குகிறது, தூய Na⁺ நீரேற்றமன்று.
39. 🟢 2021(2022)/P1/Q42 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
முதலாம் கூற்று: வெப்ப-தனிமைப்படுத்தப்பட்ட சுவர்களுடன் கூடிய ஒரு விறைப்பான மூடிய பாத்திரத்தில் உள்ள வாயுவின் சக்தி மாறாமல் இருக்கும்.
இரண்டாம் கூற்று: ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட முறைமையின் (isolated system) சக்தியும் பொருளும் சூழலுடன் பரிமாற்றமடையாது.
(1) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம் (2) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று (3) முதலாம் கூற்று சரி, இரண்டாம் கூற்று தவறு (4) முதலாம் கூற்று தவறு, இரண்டாம் கூற்று சரி (5) இரண்டும் தவறு
விடை: (1) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம்.
முதலாம் கூற்று சரி -- விறைப்பான பாத்திரம் (வேலை பரிமாற்றம் இல்லை, dV=0) + வெப்ப-தனிமைப்படுத்தப்பட்ட (வெப்பப் பரிமாற்றம் இல்லை) + மூடிய (பொருள் பரிமாற்றம் இல்லை) என்பதால், வாயுவின் மொத்த சக்தி (Q=0, W=0) மாறாமல் இருக்கும்.
இரண்டாம் கூற்று சரி, மற்றும் சரியான விளக்கம் -- ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட முறைமையின் நியம வரையறையே இதுதான் (சக்தியும் பொருளும் இரண்டும் பரிமாற்றமடையாது). இந்த வினாவில் விறைப்பு+வெப்ப-தனிமைப்பாடு+மூடிய நிலைமைகள் இணைந்து, இப்பாத்திரத்தை நடைமுறையில் ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட முறைமையாக மாற்றுகின்றன -- எனவே இதுவே முதலாம் கூற்றுக்கான சரியான காரணமாகும்.
எனவே (1).
40. 🟢 2017/P1/Q13 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
ஓர் வினை 298 K இலும் 100 kPa அமுக்கத்திலும் தன்னிச்சையானது (spontaneous), ஆனால் அதே அமுக்கத்தில் அதிக வெப்பநிலையில் தன்னிச்சையற்றது. 298 K, 100 kPa இல் இவ்வினைக்குப் பின்வருவனவற்றுள் சரியானது எது?
ΔG, ΔH, ΔS ஆகியவற்றின் அடையாளங்கள் (positive/negative) பற்றிய 5 தெரிவுகள் வழங்கப்பட்டுள்ளன.
விடை: (2) -- ΔG negative, ΔH negative, ΔS negative.
தன்னிச்சையானது என்பதால் 298K இல் ΔG=ΔH−TΔS negative.
அதிக T இல் தன்னிச்சையற்றதாக மாறுவதால், T அதிகரிக்கும்போது ΔG அதிகரித்து நேர்மறையாக மாற வேண்டும் -- இது −TΔS உறுப்பு T உடன் அதிகரிக்கும்போதே நிகழும், அதாவது ΔS negative ஆக இருக்க வேண்டும் (எனில் −TΔS நேர்மறையாகவும், T அதிகரிக்கும்போது இன்னும் அதிகமாகவும் ஆகும்).
298K இல் ΔG negative ஆக இருக்க, ΔH ΔS இன் எதிர்மறைத் தாக்கத்தை மிஞ்சும் அளவு போதுமான negative ஆக இருக்க வேண்டும் (வெப்பமிகு வினை).
எனவே ΔG negative, ΔH negative, ΔS negative = (2).
41. 🟢 2017/P1/Q21 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
298 K இல், N₂(g) + 3F₂(g) → 2NF₃(g) வினைக்கு ΔH° = −263 kJ mol⁻¹. N≡N, N-F பிணைப்புகளின் பிணைப்புப் பிரிகைச் சக்திகள் முறையே 946 kJ mol⁻¹, 272 kJ mol⁻¹. F-F பிணைப்பின் பிணைப்புப் பிரிகைச் சக்தி (kJ mol⁻¹ இல்) யாது?
(1) 141 (2) 423 (3) −423 (4) −393 (5) −141
விடை: (1).
ΔH = Σ(உடைக்கப்படும் பிணைப்புகள்) − Σ(உருவாகும் பிணைப்புகள்).
உடைபவை: 1×N≡N + 3×F-F = 946 + 3(F-F).
உருவாவை: 2×NF₃ = 6×N-F = 6×272 = 1632.
−263 = [946 + 3(F-F)] − 1632
3(F-F) = −263 − 946 + 1632 = 423
F-F = 141 kJ mol⁻¹.
எனவே (4).
42. 🟢 2017/P1/Q23 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
3NO(g) ⇌ NO₂(g) + N₂O(g) வினைக்கு: ΔH°f[NO₂(g)]=35 kJ mol⁻¹, ΔH°f[N₂O(g)]=80 kJ mol⁻¹, ΔH°f[NO(g)]=90 kJ mol⁻¹. மேலுள்ள வினைக்குப் பின்வருவனவற்றுள் சரியான கூற்று எது?
(1) ΔH°=−155 kJ mol⁻¹, வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது சமநிலை மாறிலி அதிகரிக்கும். (2) ΔH°=−155 kJ mol⁻¹, வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது சமநிலை மாறிலியின் பெறுமானம் குறையும்.
(3) ΔH°=155 kJ mol⁻¹, வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது சமநிலை மாறிலி குறையும்.
(4) ΔH°=−25 kJ mol⁻¹, சமநிலை மாறிலி குறையும்.
(5) ΔH°=25 kJ mol⁻¹, சமநிலை மாறிலி குறையும்.
விடை: (2).
ΔH°rxn = Σ ΔH°f(விளைபொருள்கள்) − Σ ΔH°f(வினைபடுபொருள்கள்) = [35+80] − [3×90] = 115 − 270 = −155 kJ mol⁻¹.
வெப்பமிகு வினை (ΔH negative) என்பதால், Le Chatelier கோட்பாட்டின்படி வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது சமநிலை பின்னோக்கி நகர்ந்து, சமநிலை மாறிலி K குறையும்.
எனவே (1).
43. 🟢 2017/P1/Q46 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
முதலாம் கூற்று: ஒரு மூடிய பாத்திரத்தில் உள்ள நீராவி ஒடுக்கமாதலுக்கு (condensation) உட்படும்போது சூழலின் (surroundings) எந்திரப்பி அதிகரிக்கிறது.
இரண்டாம் கூற்று: ஒரு மூடிய தொகுதியால் உட்கிரகிக்கப்படும் வெப்பம் சூழலின் வெப்ப இயக்கத்தை அதிகரிக்கின்றது.
(1) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம் (2) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று (3) முதலாம் கூற்று சரி, இரண்டாம் கூற்று தவறு (4) முதலாம் கூற்று தவறு, இரண்டாம் கூற்று சரி (5) இரண்டும் தவறு
விடை: (3) -- முதலாம் கூற்று சரி, இரண்டாம் கூற்று தவறு.
முதலாம் கூற்று சரி -- ஒடுக்கமாதல் ஒரு வெப்பமிகு (exothermic) செயன்முறை; தொகுதி (system, நீராவி) வெளியிடும் வெப்பம் சூழலுக்குச் செல்கிறது (q_சூழல்=+ve), இதனால் சூழலின் எந்திரப்பி ΔS_சூழல்=q_சூழல்/T அதிகரிக்கிறது.
இரண்டாம் கூற்று தவறு -- ஒரு தொகுதி வெப்பத்தை உட்கிரகிக்கும்போது (absorb), அவ்வெப்பம் சூழலிலிருந்தே வருகின்றது (சூழல் வெப்பத்தை இழக்கின்றது) -- இது சூழலின் வெப்ப இயக்கத்தை குறைக்குமே தவிர அதிகரிக்காது; திசை தலைகீழாக எழுதப்பட்டுள்ளது.
எனவே (3).
பகுதி II — கட்டமைப்பு வினாக்கள்
அனைத்துப் படிகளையும் காட்டி, மாதிரி விடையுடன் ஒப்பிடுக.
(அ) தொகுதி, சூழல், எல்லை ஆகியவற்றை வரைவிலக்கணப்படுத்துக. (ஆ) திறந்த, மூடிய, தனிமைப்படுத்திய தொகுதிகளை வேறுபடுத்தி, ஒவ்வொன்றுக்கும் ஒரு உதாரணம் தருக. (இ) வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ΔH ஐ வரைவிலக்கணப்படுத்துக.
(ஆ) திறந்த தொகுதி சக்தியையும் சடப்பொருளையும் சூழலுடன் பரிமாற்றுகின்றது — உதாரணம்: திறந்த கோப்பையில் உள்ள உப்பு நீர்க் கரைசல். மூடிய தொகுதி சக்தியை மட்டும் பரிமாற்றுகின்றது — உதாரணம்: அடைக்கப்பட்ட போத்தலில் உள்ள திரவம். தனிமைப்படுத்திய தொகுதி இரண்டையும் பரிமாற்றுவதில்லை — உதாரணம்: நன்கு மூடிய வெப்பக் குடுவை.
(இ) வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ΔH என்பது மாறா அமுக்கத்தில் ஒரு தாக்கம் நிகழும்போது விளைவுகளின் வெப்பவுள்ளுறைக்கும் தாக்கிகளின் வெப்பவுள்ளுறைக்கும் இடையேயான வேறுபாடாகும்: ΔH = Hவிளைவுகள் − Hதாக்கிகள்.
ஒரு கலோரிமானியில் 200 g நீரில் ஒரு தாக்கம் நிகழ்த்தப்படுகின்றது. தாக்கத்தினால் நீரின் வெப்பநிலை 23.0 °C இலிருந்து 31.5 °C ஆக உயர்கின்றது. தாக்கத்தில் 0.050 mol தாக்கி பயன்படுத்தப்பட்டது. (அ) நீரால் அகத்துறிஞ்சப்பட்ட வெப்பத்தைக் கணிக்க. (ஆ) ஒரு மூல் தாக்கிக்கான வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ΔH ஐக் கணிக்க. (இ) தாக்கம் புறவெப்பமா அகவெப்பமா எனக் குறிப்பிடுக. (c = 4.18 J g⁻¹ K⁻¹)
q = mcΔT = 200 × 4.18 × 8.5 = 7 106 J ≈ 7.11 kJ
(ஆ) தாக்கம் வெப்பத்தை வெளியேற்றியதால் தொகுதியின் வெப்பவுள்ளுறை குறைகின்றது.
ΔH = −q ÷ n = −7 106 ÷ 0.050 = −142 120 J mol⁻¹ = −142 kJ mol⁻¹
(இ) நீர் வெப்பமடைந்ததால் தாக்கம் வெப்பத்தை வெளியேற்றியுள்ளது; ΔH மறையாக இருப்பதால் இது ஒரு புறவெப்பத் தாக்கம்.
பின்வரும் நியம தகன வெப்பவுள்ளுறைப் பெறுமானங்களைப் பயன்படுத்தி,
எத்தீன் (C₂H₄) இன் நியம தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை ΔHf° ஐக் கணிக்க.
2C(s) + 2H₂(g) → C₂H₄(g) எனும் தாக்கம் தேவை.
ΔHc°[C(s)] = −394 kJ mol⁻¹; ΔHc°[H₂(g)] = −286 kJ mol⁻¹;
ΔHc°[C₂H₄(g)] = −1 411 kJ mol⁻¹.
ΔHf° = Σ ΔHc°(தாக்கிகள்) − Σ ΔHc°(விளைவுகள்)
தாக்கிகள் = 2C + 2H₂; விளைவு = C₂H₄
Σ ΔHc°(தாக்கிகள்) = (2 × −394) + (2 × −286) = −788 + (−572) = −1 360 kJ mol⁻¹
Σ ΔHc°(விளைவு) = −1 411 kJ mol⁻¹
ΔHf°(C₂H₄) = −1 360 − (−1 411) = −1 360 + 1 411 = +51 kJ mol⁻¹
(நேர்ப் பெறுமானம் — எத்தீன் அதன் மூலகங்களைவிட வெப்பவுள்ளுறை கூடியது; ஒரு அகவெப்பத் தோன்றல்.)
ஐதரசனும் குளோரினும் தாக்கமுற்று ஐதரசன் குளோரைட்டு உருவாகின்றது: H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g). (அ) பிணைப்புச் சக்தியைப் பயன்படுத்தி ΔH ஐக் கணிக்கும் சமன்பாட்டைத் தருக. (ஆ) கீழுள்ள தரவைப் பயன்படுத்தி ΔH ஐக் கணிக்க. பிணைப்புச் சக்திகள்: E(H–H) = 436 kJ mol⁻¹, E(Cl–Cl) = 242 kJ mol⁻¹, E(H–Cl) = 431 kJ mol⁻¹.
(ஆ) உடைக்கப்படும் பிணைப்புகள் (தாக்கிகளில்): 1 × H–H + 1 × Cl–Cl
Σ E(உடைப்பு) = 436 + 242 = 678 kJ mol⁻¹
உருவாகும் பிணைப்புகள் (விளைவில்): 2 × H–Cl
Σ E(உருவாக்கம்) = 2 × 431 = 862 kJ mol⁻¹
ΔH = 678 − 862 = −184 kJ mol⁻¹
(மறைப் பெறுமானம் — உருவாகும் பிணைப்புகள் வெளியிடும் சக்தி, உடைக்கப்படும் பிணைப்புகளுக்குத் தேவையான சக்தியிலும் கூடுதலாக இருப்பதால் தாக்கம் புறவெப்பம்.)
சோடியம் குளோரைட்டின் (NaCl) சாலகச் சக்தி U ஐ ஒரு போன்-ஏபர் சக்கரத்தைப்
பயன்படுத்திக் கணிக்க. பின்வரும் தரவைப் பயன்படுத்துக:
ΔHf°(NaCl) = −411 kJ mol⁻¹; Na இன் அணுவாதல் வெப்பவுள்ளுறை = +108 kJ mol⁻¹;
Na இன் முதலாம் அயனாக்கற் சக்தி = +496 kJ mol⁻¹; Cl இன் அணுவாதல்
வெப்பவுள்ளுறை = +122 kJ mol⁻¹; Cl இன் இலத்திரன் ஏற்றல் வெப்பவுள்ளுறை =
−349 kJ mol⁻¹.
ΔHf° = ΔHat(Na) + IE₁(Na) + ΔHat(Cl) + EA(Cl) + U
பெறுமானங்களைப் பிரதியிட:
−411 = 108 + 496 + 122 + (−349) + U
−411 = 377 + U
U = −411 − 377 = −788 kJ mol⁻¹
(சாலகச் சக்தி பெரிய மறைப் பெறுமானம் — வாயு நிலை அயன்களிலிருந்து திண்மப் படிகை உருவாதல் மிக அதிக புறவெப்பச் செயன்முறை; இதுவே NaCl இன் உறுதித்தன்மைக்குக் காரணமாகும்.)
ஒரு தாக்கத்திற்கு ΔH = +178 kJ mol⁻¹ உம் ΔS = +160 J K⁻¹ mol⁻¹ உம் ஆகும். (அ) கிப்ஸின் சுயாதீன சக்திச் சமன்பாட்டைத் தருக. (ஆ) 298 K இல் ΔG ஐக் கணித்து, அவ்வெப்பநிலையில் தாக்கம் சுயமாக நிகழுமா எனக் கூறுக. (இ) எந்த வெப்பநிலைக்கு மேல் தாக்கம் சுயமாக நிகழத் தொடங்கும் எனக் கணிக்க.
(ஆ) ΔS ஐ kJ க்கு மாற்றுக: 160 J K⁻¹ mol⁻¹ = 0.160 kJ K⁻¹ mol⁻¹
ΔG = 178 − (298 × 0.160) = 178 − 47.7 = +130.3 kJ mol⁻¹
ΔG நேராக இருப்பதால் 298 K இல் தாக்கம் சுயமாக நிகழாது.
(இ) தாக்கம் சுயமாக நிகழத் தொடங்கும் வரம்பு ΔG = 0 ஆகும்.
0 = ΔH − TΔS → T = ΔH ÷ ΔS = 178 ÷ 0.160 = 1 112.5 K
எனவே 1 112.5 K க்கு மேலான வெப்பநிலையில் TΔS பதம் ΔH ஐ விஞ்சுவதால் ΔG மறையாகி தாக்கம் சுயமாக நிகழும். (ΔH நேர், ΔS நேர் — உயர் வெப்பநிலையில் சுயமாக நிகழும் வகை.)
பின்வரும் தரவைப் பயன்படுத்தி CaBr₂(s)-இன் நியம சாலக உருவாதல் வெப்பவுள்ளுறையைக் (ΔH°L) கணிக்க: Ca(s)-இன் அணுவாக்கல் = +177; Br₂(l)-இன் ஆவியாதல் = +31; Br–Br பிணைப்புப் பிரிகை = +193; Ca(g)-இன் IE₁+IE₂ கூட்டுத்தொகை = +1740; Br(g)-இன் இலத்திரனேற்றல் = −331 (ஒரு மூல் Br-க்கு); CaBr₂(s)-இன் தோற்றல் வெப்பவுள்ளுறை = −683 (எல்லாம் kJ mol⁻¹).
ΔH_f(CaBr₂) = ΔH_at(Ca) + ΔH_vap(Br₂) + பிணைப்புப்பிரிகை(Br₂) + (IE₁+IE₂)(Ca) + 2×இலத்திரனேற்றல்(Br) + ΔH°L
−683 = (+177) + (+31) + (+193) + (+1740) + (2×−331) + ΔH°L
−683 = 1479 + ΔH°L
ΔH°L = −683 − 1479 = −2162 kJ mol⁻¹ (சாலக உருவாதல்; சாலகப் பிரிகை = +2162 kJ mol⁻¹)
கீழ்க்காணும் தரவைப் பயன்படுத்தி CS₂(l)-இன் நியம தோற்றல் வெப்பவுள்ளுறையைக் (ΔH°f) கணிக்க: ΔH°f(CO₂)=−394, ΔH°f(SO₂)=−296, ΔH°c(CS₂(l))=−1072 (kJ mol⁻¹). தாக்கம்: CS₂(l) + 3O₂(g) → CO₂(g) + 2SO₂(g). இப்பெறுமானம் CS₂-இன் வேதியியல் நிலைப்புத்தன்மையைப் பற்றி என்ன தெரிவிக்கிறது?
= [(−394) + 2×(−296)] − (−1072)
= −986 + 1072 = +86 kJ mol⁻¹
ΔH°f நேர்மறையாக இருப்பதால், CS₂(l) அதன் தனிமங்களை (C+2S) விட அதிக சக்தி மட்டத்தில் இருக்கிறது — தெர்மோடைனமிக ரீதியாக ஒப்பீட்டளவில் நிலையற்றது. இதனால்தான் CS₂ மிக எளிதில் பற்றிக்கொள்ளும் (highly flammable) ஒரு பொருளாக இருக்கிறது.
கொடுக்கப்பட்டவை (ΔG°f, kJ mol⁻¹): Na₂CO₃(s)=−1047.7, Na₂O(s)=−376.6, CO₂(g)=−394.4, Na⁺(aq)=−261.87, CO₃²⁻(aq)=−528.1. (அ) Na₂CO₃(s) → Na₂O(s) + CO₂(g) (சிதைவு) தாக்கத்திற்கான ΔG°R ஐக் கணிக்க. (ஆ) Na₂CO₃(s) → 2Na⁺(aq) + CO₃²⁻(aq) (கரைதல்) தாக்கத்திற்கான ΔG°R ஐக் கணிக்க. (இ) இரு விடைகளையும் ஒப்பிட்டு, சலவைச் சோடா ஏன் அறை வெப்பநிலையில் நிலைப்புத்தன்மையுடன் இருந்தும் நீரில் நன்கு கரைகிறது எனக் காரணம் தருக.
(ஆ) ΔG°R = [2×(−261.87)+(−528.1)] − (−1047.7) = −1051.84+1047.7 = −4.14 kJ mol⁻¹ → சுயமாகக் கரையும்
(இ) ஒரே சேர்வை (Na₂CO₃), ஒரு தாக்கத்தில் (சிதைவு) சுயமாக நிகழாமலும், இன்னொரு தாக்கத்தில் (கரைதல்) சுயமாக நிகழ்ந்தும் இருக்கலாம் — "சுயமாக நிகழ்தல்" ஒரு பொருளின் பொதுப் பண்பு அல்ல, ஒவ்வொரு குறிப்பிட்ட தாக்கத்திற்குமான ΔG-ஐப் பொறுத்தது.
H₂(g) + I₂(s) → 2HI(g) தாக்கத்தை, 27°C இல் கருதுக. ΔH°R = +51.9 kJ mol⁻¹. S°(H₂)=130.6, S°(I₂(s))=116.7, S°(HI)=206.3 J mol⁻¹K⁻¹. (அ) ΔS°R ஐக் கணிக்க. (ஆ) ΔG°R ஐக் கணித்து, தாக்கம் 27°C இல் சுயமாக நிகழுமா எனக் கூறு. (இ) ΔH°R உம் ΔS°R உம் இரண்டும் நேர்மறையாக இருந்தும் ΔG°R நேர்மறையாக இருப்பது ஏன் எனக் காரணம் தருக.
(ஆ) ΔG°R = ΔH°R − TΔS°R = 51.9 − 300×(165.3×10⁻³) = 51.9 − 49.59 = +2.31 kJ mol⁻¹
ΔG°R > 0 ⟹ 27°C இல் இத்தாக்கம் சுயமாக நிகழாது.
(இ) 1mol திண்ம I₂ → 2mol வாயு HI ஆவதால் ΔS°R நேர்மறையானது (ஒழுங்கீனம் கூடுகிறது), ஆனால் |ΔH| vs |TΔS| போட்டியில் இங்கு ΔH சற்று மேலோங்கி ΔG நேர்மறையாக்குகிறது. வெப்பநிலையை உயர்த்தினால் (TΔS பெரிதாகி) இதே தாக்கம் சுயமாகக்கூட மாறலாம் — தொழிற்சாலையில் HI உற்பத்திக்கு அதிக வெப்பநிலை தேவைப்படுவதன் காரணம் இதுவே.
கீழே தரப்பட்டுள்ள 25°C இலான நியம ஆக்க வெப்பவுள்ளுறை (ΔH°f) தரவுகளைப் பயன்படுத்தி, ஒரு தகுந்த கணிப்பின் மூலம் SF₄(g), SF₆(g) ஆகிய சேர்வைகளில் எது வலிமையான சராசரி S–F பிணைப்பை உடையதெனத் துணிக.
| SF₄(g) | SF₆(g) | S(g) | F(g) | |
|---|---|---|---|---|
| ΔH°f / kJ mol⁻¹ | −775 | −1210 | 279 | 79 |
S(g) + 4F(g) → SF₄(g), ΔH = −775 − (279+316) = −775 − 595 = −1370 kJ mol⁻¹ (4 S–F பிணைப்புகள் உருவாகின்றன)
சராசரி S–F பிணைப்புச் சக்தி = 1370 ÷ 4 = 342.5 kJ mol⁻¹
SF₆: S(s) + 3F₂(g) → SF₆(g), ΔH°f = −1210. [S(s)→S(g): +279; 3F₂(g)→6F(g): 6×79=+474]:
S(g) + 6F(g) → SF₆(g), ΔH = −1210 − (279+474) = −1210 − 753 = −1963 kJ mol⁻¹ (6 S–F பிணைப்புகள் உருவாகின்றன)
சராசரி S–F பிணைப்புச் சக்தி = 1963 ÷ 6 = 327.2 kJ mol⁻¹
342.5 > 327.2 ஆதலால், SF₄-இல் சராசரி S–F பிணைப்பு வலிமையானது (SF₆-ஐ விட).
27°C இல்: (i) கீழே தரப்பட்ட தரவுகளைப் பயன்படுத்தி, தாக்கம் (4): H₂(g)+I₂(g)→2HI(g) இற்கு ΔH°, ΔS°, ΔG° ஆகியவற்றைக் கணிக்க — H₂(g)+I₂(s)→2HI(g); ΔH°=53 kJ mol⁻¹, ΔS°=410 J K⁻¹mol⁻¹ ஆகவும், I₂(s)→I₂(g); ΔH°=63 kJ mol⁻¹, ΔS°=260 J K⁻¹mol⁻¹ ஆகவும் தரப்பட்டுள்ளது.
(ii) கீழே தரப்பட்ட நியம ஆக்க வெப்பவுள்ளுறை/என்ற்றோப்பி தரவுகளைப் பயன்படுத்தி, தாக்கம் (5): 2H₂S(g)→2H₂(g)+S₂(g) இற்கு ΔH°, ΔS°, ΔG° ஆகியவற்றைக் கணிக்க — H₂(g): ΔH°f=0, ΔS°f=130; S₂(g): ΔH°f=127, ΔS°f=230; H₂S(g): ΔH°f=−20, ΔS°f=200 (kJ mol⁻¹ / J K⁻¹mol⁻¹).
(iii) மேலே (b)(i), (b)(ii) இல் பெற்ற விடைகளைப் பயன்படுத்தி, 27°C இல் தாக்கம் (6): 2I₂(g)+2H₂S(g)→S₂(g)+4HI(g) சுயாதீனமா, இல்லையா என்பதைக் காரணங்கள் தந்து தீர்மானிக்க.
ΔH°₄ = ΔH°₁ − ΔH°₂ = 53 − 63 = −10 kJ mol⁻¹. ΔS°₄ = ΔS°₁ − ΔS°₂ = 410 − 260 = 150 J K⁻¹mol⁻¹.
ΔG°₄ = ΔH°₄ − TΔS°₄ = −10 − (300×0.150) = −55 kJ mol⁻¹ (T=300 K).
(ii) (20): ΔH°₅ = [2ΔH°f(H₂)+ΔH°f(S₂)] − 2ΔH°f(H₂S) = [0+127] − (2×−20) = 127+40 = 167 kJ mol⁻¹.
ΔS°₅ = [2ΔS°f(H₂)+ΔS°f(S₂)] − 2ΔS°f(H₂S) = [260+230] − 400 = 90 J K⁻¹mol⁻¹.
ΔG°₅ = ΔH°₅ − TΔS°₅ = 167 − (300×0.090) = 140 kJ mol⁻¹.
(iii) (20): Rxn-6 = 2×Rxn-4 + Rxn-5 (2×[H₂+I₂→2HI] கூட்டல் [2H₂S→2H₂+S₂] — 2H₂ இரு பக்கமும் ரத்தாகி, 2I₂(g)+2H₂S(g)→S₂(g)+4HI(g) கிடைக்கும்):
ΔG°₆ = 2ΔG°₄ + ΔG°₅ = 2(−55) + 140 = −110+140 = +30 kJ mol⁻¹.
ΔG°₆ நேர் (நேர்மறை) ஆகும் என்பதால், தாக்கம் (6) 27°C இல் சுயாதீனமற்றது (spontaneous அன்று).
CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(s), ΔH°=−64 kJ mol⁻¹.
(a)(i) CaO(s) ஒரு குறிப்பிட்ட திணிவுடன் H₂O(l) இன் 200g உடன் தாக்கம் புரிய விடப்பட்டபோது, நீரின் வெப்பநிலை 25°C இலிருந்து 75°C இற்கு மாறியது. நீரினால் உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பத்தின் அளவைக் (kJ இல்) கணிக்க (c_நீர்=4.2 J g⁻¹°C⁻¹).
(ii) மேலே (i) இல் நிகழ்ந்த வெப்பநிலை மாற்றத்தை ஏற்படுத்துவதற்குத் தேவையான CaO(s) இன் குறைந்தபட்சத் திணிவு யாது? (O=16, Ca=40)
(iii) CaO(s), H₂O(l), Ca(OH)₂(s) இன் நியம எந்திரப்பிப் பெறுமானங்கள் முறையே 40, 70, 80 J K⁻¹mol⁻¹. தாக்கத்தின் எந்திரப்பி மாற்றத்தைக் கணிக்க.
(iv) 300K இல் தாக்கத்தின் சுயவியல்பைத் (spontaneity) எதிர்வுகூறுக.
(v) திரவ நீருக்குப் பதிலாக H₂O(g) பயன்படுத்தப்படுமெனின், 400K இல் தாக்கத்தின் சுயவியல்பை எதிர்வுகூறுக (H₂O(g)→H₂O(l), ΔH°=−44 kJ mol⁻¹; S°_H₂O(g)=190 J K⁻¹mol⁻¹). (80 புள்ளிகள்)
(b)(i) 570°C இல் ஒரு விறைத்த கொள்கலத்தில் சமநிலை: Ca(OH)₂(s) ⇌ CaO(s) + H₂O(g). கொள்கலத்தின் அமுக்கம் 7.0×10⁵ Pa. Kp, Kc ஐக் கணிக்க (570°C இல் RT=7000 J mol⁻¹).
(ii) Ca(OH)₂(s) சேர்க்கப்படும்போதும், சிறிதளவு H₂O(g) அகற்றப்படும்போதும் சமநிலையின் மீதான விளைவைச் சுருக்கமாக விளக்குக.
(iii) ஓர் வெற்றிடமாக்கப்பட்ட விறைத்த கொள்கலத்தில் 570°C இல் Ca(OH)₂(s) சிறிதளவாகச் சேர்க்கப்படும்போது P_H₂O இன் மாறலுக்கான வரைபை விவரிக்க. (40 புள்ளிகள்)
(c)(i) 25°C இல் Ca(OH)₂(s) இன் நீரிலான கரைதலுக்கான சமநிலைத் தாக்கத்தை எழுதுக.
(ii) 25°C இல் Ca(OH)₂(s) இன் Ksp=4.0×10⁻⁶ mol³dm⁻⁹. மூலார்க் கரைதிறனைக் கணிக்க.
(iii) NaOH, NaCl, Ca(NO₃)₂ (ஒவ்வொன்றும் 0.1 mol dm⁻³) கரைசல்களில் Ca(OH)₂(s) இன் கரைதிறன் நீரில் உள்ளதை விட அதிகமா, குறைவா, சமமா எனக் காரணத்துடன் கூறுக. (30 புள்ளிகள்)
(ii) மோல் CaO = 42÷64 = 0.65625 mol. மூலார்திணிவு CaO=40+16=56. திணிவு = 0.65625×56 = 36.75 g.
(iii) ΔS° = S°(Ca(OH)₂) − [S°(CaO)+S°(H₂O)] = 80−(40+70) = −30 J K⁻¹mol⁻¹.
(iv) ΔG°=ΔH°−TΔS° = −64000−300×(−30) = −64000+9000 = −55000 J/mol = −55 kJ mol⁻¹. ΔG°<0 என்பதால் 300K இல் சுயாதீனமானது (ΔH°, ΔS° இவ்வெப்பநிலை வீச்சில் மாறாதவை என்று கருதப்படுகின்றது).
(v) புதிய தாக்கம் CaO(s)+H₂O(g)→Ca(OH)₂(s) = தரப்பட்ட தாக்கம் + [H₂O(g)→H₂O(l)]:
ΔH°(புதிய) = −64+(−44) = −108 kJ mol⁻¹.
ΔS°(புதிய) = S°(Ca(OH)₂)−[S°(CaO)+S°(H₂O,g)] = 80−(40+190) = −150 J K⁻¹mol⁻¹.
ΔG°(400K) = −108000−400×(−150) = −108000+60000 = −48000 J/mol = −48 kJ mol⁻¹. ΔG°<0 என்பதால் 400K இலும் சுயாதீனமானது.
(b)(i) Ca(OH)₂(s), CaO(s) திண்மங்கள் — K வெளிப்பாட்டில் தோன்றா; H₂O(g) மாத்திரமே வாயு என்பதால் Kp=P(H₂O)=மொத்த அமுக்கம்=7.0×10⁵ Pa. Kc=Kp/RT (Δn_வாயு=1) = 7.0×10⁵÷7000 = 100 mol m⁻³ = 0.1 mol dm⁻³.
(ii) I. Ca(OH)₂(s) ஒரு தூய திண்மம் — அதன் "செறிவு" K வெளிப்பாட்டில் தோன்றாது — சமநிலையின் மீது விளைவேதுமில்லை (Ca(OH)₂(s) சிறிதளவு எஞ்சியிருக்கும் வரை).
II. H₂O(g) அகற்றுதல் P(H₂O) ஐக் குறைக்கும் (Q<K தற்காலிகமாக) — Le Chatelier கொள்கையின்படி சமநிலை முன்னோக்கி நகர்ந்து (மேலும் Ca(OH)₂ பிரிந்து) அகற்றப்பட்ட H₂O(g) ஐ ஈடுசெய்யும் வரை தொடரும்.
(iii) வெற்றிடமான கொள்கலத்தில் Ca(OH)₂(s) சிறிதளவாகச் சேர்க்கப்படும் தொடக்கத்தில், சேர்க்கப்பட்ட அனைத்துமே முழுமையாகப் பிரிந்து P_H₂O ஐ (M_Ca(OH)₂ உடன்) நேர்கோட்டில் அதிகரிக்கச் செய்யும் — போதுமான Ca(OH)₂(s) சேர்க்கப்பட்டு P_H₂O சமநிலைப் பெறுமானத்தை (7.0×10⁵ Pa, (b)(i) இலிருந்து) அடையும் வரை. அதன் பின்னர் மேலும் சேர்க்கப்படும் Ca(OH)₂(s) பிரியாமலேயே திண்மமாகவே எஞ்சும் — P_H₂O மாறாமல் தட்டையாகி (7.0×10⁵ Pa இல்) தொடரும்.
(c)(i) Ca(OH)₂(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2OH⁻(aq).
(ii) கரைதிறன்=s எனில், [Ca²⁺]=s, [OH⁻]=2s. Ksp=s×(2s)²=4s³=4.0×10⁻⁶ ⟹ s³=1.0×10⁻⁶ ⟹ s=1.0×10⁻² mol dm⁻³ = 0.01 mol dm⁻³.
(iii) NaOH(aq): OH⁻ பொது அயன் — பொது-அயன் விளைவு கரைதிறனைக் குறைக்கும் (நீரை விடக் குறைவு). NaCl(aq): பொது அயன் ஏதுமில்லை (Na⁺, Cl⁻ இரண்டுமே Ca(OH)₂ உடன் தொடர்பற்றவை) — கரைதிறன் நீரில் உள்ளதைப் போலவே சமமானது (அடிப்படை AL மட்டத்தில்; நடைமுறையில் அயனி-வலிமை விளைவால் மிகச் சிறிதளவு அதிகரிக்கலாம், ஆனால் இது AL பாடத்திட்டத்திற்கு அப்பாற்பட்டது). Ca(NO₃)₂(aq): Ca²⁺ பொது அயன் — பொது-அயன் விளைவு கரைதிறனைக் குறைக்கும் (நீரை விடக் குறைவு).
✅ 2026-08-19 அன்று உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டத்துடன் ஒப்பிடப்பட்டு முழுமையாக உறுதிசெய்யப்பட்டது — (a),(b),(c) அனைத்துப் பகுதிகளிலும் உள்ள ஒவ்வொரு எண்ணியல் விடையும் திட்டத்துடன் சரியாகப் பொருந்துகின்றது.
வெப்பநிலை 298 K இல் பின்வரும் தகவல்களைக் கருதுக:
ΔH°f(NO(g)) = 90 kJ mol⁻¹.
½N₂(g) + O₂(g) → NO₂(g), ΔH° = 33 kJ mol⁻¹.
4NO₂(g) + O₂(g) → 2N₂O₅(g), ΔH° = −102 kJ mol⁻¹.
(i) வெப்பநிலை 298 K இல், தாக்கம் 2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g) இற்கு ΔH° ஐக் கணிக்க.
(ii) வெப்பநிலை 298 K இல் ΔH°f(N₂O₅(g)) ஐக் கணிக்க.
(iii) மேலே (ii) இற் பெற்ற பேறுகளைப் பயன்படுத்திப் பின்வருவனவற்றை எதிர்வுகூறுக: I. ΔS°f(N₂O₅(g)) இன் குறியீடு. II. N₂(g), O₂(g) ஆகியவற்றிலிருந்து N₂O₅(g) உண்டாவதற்கான தாக்கத்தின் சுயமாக நிகழும் தன்மை.
(A) இலிருந்து: ½N₂(g)+½O₂(g)→NO(g), ΔH°=90 kJ/mol ...(D)
(B)−(D): ½O₂(g)+NO(g)→NO₂(g), ΔH°=(33−90)=−57 kJ/mol ...(E)
(E)×2: 2NO(g)+O₂(g)→2NO₂(g), ΔH° = −114 kJ mol⁻¹
(மாற்றாக: ΔHf(NO₂)=33 என எடுத்து, ΔH°=2×ΔHf(NO₂)−2×ΔHf(NO)=2(33)−2(90)=66−180=−114 kJ/mol — அதே விடை.)
(ii) N₂O₅ இன் தோற்றல் தாக்கம்: N₂(g)+5/2O₂(g)→N₂O₅(g). (i) இன் விடையை (C)=−57 எனக்கொண்டு:
(D)×2: N₂(g)+O₂(g)→2NO(g), ΔH°=180 kJ/mol ...(F)
2NO(g)+O₂(g)→NO₂(g)... இதற்குப் பதிலாக (E) இலிருந்தே தொடர்கிறோம்: 2NO(g)+O₂(g)→2NO₂(g), ΔH°=−114 ...(G)
4NO₂(g)+O₂(g)→2N₂O₅(g), ΔH°=−102 ...(C); (C)÷2: 2NO₂(g)+½O₂(g)→N₂O₅(g), ΔH°=−51 kJ/mol ...(H)
(F)+(G)+(H): N₂(g)+5/2O₂(g)→N₂O₅(g)
ΔH°f(N₂O₅(g)) = [180+(−114)+(−51)] = 15 kJ mol⁻¹.
(iii)-I. N₂(g)+5/2O₂(g)→N₂O₅(g) இல் வாயு மூல்களின் எண்ணிக்கை 3.5 → 1 ஆகக் குறைகின்றது — ஒழுங்கின்மை குறைகின்றது — ΔS°f(N₂O₅(g)) மறையாகும் (<0).
-II. ΔG° = ΔH° − TΔS° = (+ve) − T(−ve) = (+ve) − (−ve) = +ve (ΔH°f=+15 kJ/mol நேர்மறை, ΔS°f மறை என்பதால் −TΔS° உறுப்பும் நேர்மறையாகும் — இரண்டு உறுப்புகளுமே ΔG° ஐ நேர்மறையாக்குகின்றன). ΔG°>0 என்பதால், 298 K இல் N₂(g), O₂(g) ஆகியவற்றிலிருந்து N₂O₅(g) உண்டாகும் தாக்கம் சுயாதீனமற்றது (ΔH°, ΔS° இரண்டுமே இத்தாக்கத்திற்கு எதிராகவே செயற்படுவதால், இது எந்த வெப்பநிலையிலும் சுயாதீனமாகாது).
480 K இல் XY₂Z₂(g) → XY₂(g) + Z₂(g) தாக்கத்திற்கு, XY₂Z₂(g), XY₂(g),
Z₂(g) ஆகியவற்றின் கிப்ஸ் சுயாதீனச் சக்திகள் (G) முறையே −60,
−76, −30 kJ mol⁻¹ ஆகும். XY₂Z₂(g) இன் கட்டமைப்பு Z−X(=Y)(=Y)−Z
(X ஐ மையமாகக் கொண்டு, 2 X=Y இரட்டைப் பிணைப்புகளும் 2 X−Z
ஒற்றைப் பிணைப்புகளும்) என்பதாகும்.
(i) 480 K இல் தாக்கத்தின் ΔG ஐக் கணிக்க.
(ii) மேற்குறித்த தாக்கத்தில் 480 K இல் ΔS இன் பருமன்
150 J K⁻¹ mol⁻¹ ஆகும். ΔS இன் சரியான குறியைப் (−/+) பயன்படுத்தி
480 K இல் தாக்கத்தின் ΔH ஐக் கணிக்க.
(iii) மேலே (ii) இற் பெற்ற ΔH இன் குறியைப் (−/+) பயன்படுத்தி
இத்தாக்கம் புறவெப்பத் தாக்கமா, அகவெப்பத் தாக்கமா என விளக்குக.
(iv) 480 K இல் XY₂(g), Z₂(g) ஆகியவற்றிலிருந்து XY₂Z₂(g)
உண்டாகும்போது வெப்பவுள்ளுறை வித்தியாசத்தை உய்த்தறிக.
(v) XY₂Z₂(g) இல் X−Z பிணைப்பின் பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறை
+250 kJ mol⁻¹ எனின், Z−Z பிணைப்பின் பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறையைக்
கணிக்க.
(vi) வாயுநிலையில் உள்ள XY₂Z₂ க்குப் பதிலாகத் திரவ XY₂Z₂
பயன்படுத்தப்படுமெனின், தாக்கம் XY₂Z₂(l) → XY₂(g) + Z₂(g) இற்குக்
கிடைக்கும் ΔH இன் பெறுமானம் மேலே (ii) இற் பெற்ற ΔH இன்
பெறுமானத்திற்குச் சமமானதா, பெரியதா, சிறியதா எனக் காரணங்கள்
தந்து விளக்குக.
(ii) தாக்கத்தில் வாயு மூல எண்ணிக்கை 1→2 ஆக அதிகரிப்பதால் ΔS நேராக இருக்க வேண்டும் (குழப்பம்/சீர்குலைவு அதிகரிக்கும்). ΔG = ΔH − TΔS:
−46 kJ mol⁻¹ = ΔH − 480 K × 0.150 kJ K⁻¹ mol⁻¹ = ΔH − 72 kJ mol⁻¹
ΔH = −46+72 = +26 kJ mol⁻¹.
(iii) ΔH நேராக இருப்பதால், தாக்கம் அகவெப்பமாகும் (வெப்பம் உறிஞ்சப்படுகின்றது).
(iv) கேட்கப்படும் தாக்கம் (XY₂+Z₂→XY₂Z₂) மேலே (ii) இன் தாக்கத்தின் தலைகீழானது — எனவே ΔH இன் குறி தலைகீழாகும்: ΔH = −26 kJ mol⁻¹ (புறவெப்பமானது).
(v) தாக்கத்தில் (XY₂Z₂→XY₂+Z₂) உடையும் பிணைப்புகள் = 2× X−Z பிணைப்புகள் (XY₂ இலிருந்து 2 Z அணுக்கள் பிரிந்து Z₂ ஆக இணைவதற்கு); உருவாகும் புதிய பிணைப்பு = 1× Z−Z பிணைப்பு.
ΔHதாக்கம் = ΣBE(உடையும்) − ΣBE(உருவாகும்):
+26 kJ mol⁻¹ = 2×250 kJ mol⁻¹ − ΔH(Z−Z)
ΔH(Z−Z) = 500−26 = 474 kJ mol⁻¹.
(vi) பெரிதாகும் (மேலே (ii) இன் +26 kJ mol⁻¹ ஐ விட அதிக நேர்மறையானது) — திரவ XY₂Z₂ முதலில் வாயுவாக ஆவியாகவேண்டும் (ஆவியாதல் எப்போதும் அகவெப்பமானது, கூடுதல் சக்தி தேவைப்படும்), அதன் பின்னரே சிதைவுத் தாக்கம் நடைபெறும் — எனவே மொத்த ΔH, வெறும் வாயு-நிலைச் சிதைவை விட அதிகமான (பெரிதான) நேர்மறை பெறுமானமாக இருக்கும்.
பின்வரும் நியமத் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறைகள் (ΔH°f, kJ mol⁻¹) தரப்பட்டுள்ளன: M(s)=0.0, M(g)=800.0, O₂(g)=0.0, O(g)=249.2, MO₂(g)=−400.0.
(i) MO(g) + ½O₂(g) → MO₂(g), ΔH°=−50.0 kJ mol⁻¹ எனத் தரப்பட்டுள்ளதாயின், MO(g) இன் நியமத் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறையைக் கணிக்க.
(ii) MO(g) இல் M-O பிணைப்பின் கூட்டற் பிரிகை வெப்பவுள்ளுறையைக் கணிக்க.
(iii) MO₂(g) இல் M-O பிணைப்பின் கூட்டற் பிரிகைக்கான வெப்பவுள்ளுறையைக் கணிக்க.
(iv) பொருத்தமான கணிப்பீட்டைச் செய்துகாட்டுவதன் மூலம், 2000 K இலும் நியம நிலைமைகளிலும் MO₂(g) → MO(g) + ½O₂(g) எனும் தாக்கம் சுயமாக நடைபெறுமா என்பதை எதிர்வுகூறுக. இத்தாக்கத்தின் நியம எந்திரப்பி மாற்றம் 30.0 J K⁻¹ mol⁻¹ ஆகும்.
(ii) Hess சுழற்சி: ½O₂(g)+MO(g) → M(s)+O₂(g) (ΔH°₁=+350.0, மேலுள்ள (i) இன் தலைகீழ்) → M(g)+O₂(g) (ΔH°₂=800.0, M(g) இன் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை) → M(g)+O(g)+½O₂(g) (ΔH°₃=249.2, O(g) இன் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை). MO(g) இல் ஒரேயொரு M-O பிணைப்பு உள்ளதால் இதுவே கூட்டற் பிரிகை வெப்பவுள்ளுறை: ΔHx° = 350.0+800.0+249.2 = 1399.2 kJ mol⁻¹.
(iii) இதேபோன்ற சுழற்சி MO₂(g)க்கு: MO₂(g) → M(s)+O₂(g) (ΔH°₁=400.0, MO₂ தோன்றலின் தலைகீழ்) → M(g)+O₂(g) (ΔH°₂=800.0) → M(g)+2O(g) (ΔH°₃=2×249.2=498.4). கூட்டற் பிரிகை வெப்பவுள்ளுறை ΔHv° = 400.0+800.0+498.4 = 1698.4 kJ mol⁻¹ (MO₂ இல் இரு M-O பிணைப்புகள் உள்ளதால், சராசரி பிணைப்புச் சக்தி = ½×1698.4 = 849.2 kJ mol⁻¹).
(iv) MO₂(g)→MO(g)+½O₂(g) என்பது (i) இல் கொடுக்கப்பட்ட தாக்கத்தின் தலைகீழ் ஆகும் -- ஆகவே ΔH° = +50.0 kJ mol⁻¹ (எண்டோதேர்மிக்). ΔG° = ΔH° − TΔS° = 50.0×10³ J mol⁻¹ − 2000K×30.0 J K⁻¹mol⁻¹ = 50000−60000 = −10.0 kJ mol⁻¹. ΔG°<0 ஆகையால், 2000 K இலும் நியம நிலைமைகளிலும் இத்தாக்கம் சுயமாக (தன்னெழுச்சியாக) நடைபெறும்.
(a) அறை வெப்பநிலையில் 0.025mol Na₂CO₃(s) ஆனது 3.00 mol dm⁻³ HCl கரைசலின் 25.0 cm³ இற்குச் சேர்க்கப்பட்டது. அப்போது கரைசலின் வெப்பநிலை 8.0°C இனால் அதிகரிப்பது அவதானிக்கப்பட்டது. பெறப்பட்ட கரைசலின் தன்வெப்பக் கொள்ளளவு 5000 Jkg⁻¹K⁻¹ ஆகவும் அதன் அடர்த்தி 1000 kg m⁻³ ஆகவும் இருந்தது.
(i) மேற்குறிப்பிட்ட தாக்கம் நடைபெறுகையில் வெளியேறிய வெப்பத்தைக் கணிக்க? (இத்தாக்கத்தினால் வெளியிடப்பட்ட எல்லா வெப்பமும் கரைசலின் வெப்பநிலையை அதிகரிப்பதற்கு மாத்திரம் பயன்பட்டதெனவும் வேறு எந்தவகையிலும் வெப்பம் இழக்கப்படவோ, கரைசலின் கனவளவு மாற்றமடையவோ இல்லை எனவும் கருதிக் கொள்ளுக.)
(ii) தாக்கமடைந்த ஒவ்வொரு மூல் HCl இற்கும் உரிய நடுநிலையாக்க வெப்பவுள்ளுறையைக் கணிக்க? இக்கணிப்பில் உம்மால் மேற்கொள்ளப்பட்ட வேறொரு எடுகோள் பற்றிக் கூறுக.
(iii) மேற்குறிப்பிட்ட தாக்க நிபந்தனைகளின் கீழ்ச் செய்யப்பட்ட NaHCO₃(s) + HCl(aq) → NaCl(aq) + CO₂(g) + H₂O(l) எனும் தாக்கத்திற்குரிய வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ΔH = −25.5 kJmol⁻¹ ஆகும். அதே நிபந்தனைகளின் கீழ்ச் செய்யப்பட்ட 2NaHCO₃(s) → Na₂CO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g) எனும் தாக்கத்திற்குரிய வெப்பவுள்ளுறை மாற்றமாகிய ΔH ஐக் கணிக்க.
(b) உமக்குக் கீழ்வரும் வெப்பவிரசாயனத் தரவுகள் தரப்பட்டுள்ளன.
KCl(s) இன் நியம ஆக்க வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛ=−437 kJ mol⁻¹. K(s) இன் நியம பதங்கமாதல் வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛₛ=+89 kJ mol⁻¹. Cl₂(g) இன் நியம கூட்டப்பிரிவு வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛ=+244 kJ mol⁻¹. K(g) இன் நியம 1ம் அயனாக்க வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛ₁=+418 kJ mol⁻¹. Cl(g) இன் நியம இலத்திரன் ஏற்றல் வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛẽᱰ=−349 kJ mol⁻¹.
KCl(s) இன் நியம சாலக வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛₗ ஐக் கணிக்க.
வெளியேறிய வெப்பம் q = mcΔT = 0.0250×5000×8.0 = 1000 J = 1.0 kJ.
(ii) கிடைக்கும் HCl மூல்கள் = 3.00×0.0250dm³ = 0.0750 mol. தாக்கச் சமன்பாடு: Na₂CO₃(s)+2HCl(aq)→2NaCl(aq)+H₂O(l)+CO₂(g) இன்படி, 0.025mol Na₂CO₃ இற்குத் தேவை = 2×0.025=0.050mol HCl. கிடைக்கும் HCl (0.0750mol) இதை விட அதிகம் என்பதால், Na₂CO₃ வரையறுக்கும் தாக்கி, HCl இன் 0.050mol மாத்திரமே தாக்கமடைகின்றது (0.025mol HCl எஞ்சுகின்றது).
தாக்கமடைந்த ஒவ்வொரு மூல் HCl இற்கும் வெப்பவுள்ளுறை = −q/n(தாக்கமடைந்த HCl) = −1000/0.050 = −20 kJ mol⁻¹ (வெப்பம் வெளியிடப்படுவதால் எதிர்மறை).
வேறொரு எடுகோள்: Na₂CO₃ (வரையறுக்கும் தாக்கி) முழுமையாகத் தாக்கமடைந்தது என்றும், எஞ்சிய HCl அளவீட்டுச் செய்யப்பட்ட வெப்ப அளவை பாதிக்கவில்லை என்றும் கருதப்பட்டது.
(iii) மேலே (ii) இலிருந்து: Na₂CO₃(s)+2HCl(aq)→2NaCl(aq)+H₂O(l)+CO₂(g), ΔHB=2×(−20)=−40.0 kJ (முழுத் தாக்கத்திற்கு).
தரப்பட்டது: NaHCO₃(s)+HCl(aq)→NaCl(aq)+CO₂(g)+H₂O(l), ΔHA=−25.5 kJmol⁻¹. இதை 2 ஆல் பெருக்குக: 2NaHCO₃+2HCl→2NaCl+2CO₂+2H₂O, ΔH=2×(−25.5)=−51.0 kJ.
ஹெஸ் விதி மூலம் (2×A) − B: 2NaHCO₃+2HCl−Na₂CO₃−2HCl → 2NaCl+2CO₂+2H₂O−2NaCl−H₂O−CO₂, எளிமைப்படுத்தினால்: 2NaHCO₃(s) → Na₂CO₃(s)+H₂O(l)+CO₂(g) (இலக்குச் சமன்பாட்டுடன் சரியாகப் பொருந்துகின்றது).
ΔHஇலக்கு = ΔH(2A) − ΔH(B) = (−51.0) − (−40.0) = −11.0 kJ mol⁻¹.
குறிப்பு: இது கரைசல் நிலையில் (aq) நடைபெறும் தாக்கங்களிலிருந்து ஹெஸ் விதி மூலம் பெறப்பட்ட மதிப்பு -- இது வறண்ட திண்ம நிலையில் நேரடியாக நடைபெறும் வெப்பப் பிரிகைத் தாக்கத்தின் (2NaHCO₃(s)→Na₂CO₃(s)+H₂O(g)+CO₂(g), நீராவி வாயுவாக) பொதுவாக அறியப்பட்ட எண்டோதேர்மிக் மதிப்புகளுடன் (சுமார் +85 முதல் +129 kJmol⁻¹ வரை பல்வேறு ஆதாரங்களில்) நேரடியாக ஒப்பிடத்தக்கதல்ல, ஏனெனில் நீர் இங்கு திரவமாக (l) உள்ளது, வாயுவாக (g) அல்ல -- வெவ்வேறு தாக்கங்கள்.
(b) போர்ன்-ஹேபர் சுழற்சி: ΔHᴛ=ΔHᴛₛ+½ΔHᴛ+ΔHᴛ₁+ΔHᴛẽᱰ+ΔHᴛₗ
−437 = 89+½(244)+418+(−349)+ΔHᴛₗ = 89+122+418−349+ΔHᴛₗ = 280+ΔHᴛₗ
ΔHᴛₗ = −437−280 = −717 kJ mol⁻¹ (இது KCl இன் உண்மையான, அறியப்பட்ட சாலக ஆற்றல் மதிப்புகளுடன் (≈−717 kJmol⁻¹) துல்லியமாகப் பொருந்துகின்றது).
(a) 25°C இல் நீர்க் கரைசலில் NaOH உடன் சில அமிலங்களுக்குப் பெறப்பட்ட நியம மூலார் நடுநிலையாக்க வெப்பவுள்ளுறைகள் (ΔHᴛ) கீழே தரப்பட்டுள்ளன.
| அமிலம் | ΔHᴛ/kJ mol⁻¹ |
|---|---|
| HCl | −57 |
| HNO₃ | −57 |
| C₂H₅COOH | −51 |
(ii) HCl/HNO₃ தரவுகளைப் பயன்படுத்தி, H⁺(aq)+OH⁻(aq)→H₂O(l) என்னும் தூய நடுநிலையாக்கத்திற்குரிய வெப்பவுள்ளுறையின் பெறுமானத்தை அடையாளங்காண்க. இதைப் பயன்படுத்தி, நீரில் புறப்புணையிக அமிலமாகிய (C₂H₅COOH) இன் நியம மூலார் விலகல் (dissociation) வெப்பவுள்ளுறையை (ΔHᴛ) 25°C இல் உய்த்தறிக.
(b) பின்வரும் தரவுகள் தரப்பட்டுள்ளன.
| வெப்பமுதல் | சார் மூலக்கூற்றுத் திணிவு | நியம கொதிநிலை/°C | நியம மூலார் தகன வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛ/kJ mol⁻¹ |
|---|---|---|---|
| C₃H₁₁₀(g) | 44 | −42 | −2200 |
| C₁H₁₄₁₁(l) | 114 | +126 | −5130 |
மேலே (i) இல் பெறப்பட்ட பெறுபேறுகளைப் பயன்படுத்தி இரு சேர்வைகளில் எது வெப்பமூலமாகப் பயன்படுத்துவதற்குக் கூடிய அனுகூலமானதென இரு காரணங்கள் தந்து உய்த்தறிக.
C₂H₅COOH ஒரு பலவீன அமிலம் -- நீரில் பகுதியளவே விலகுகின்றது. நடுநிலையாக்கம் நடைபெறுவதற்கு முன்னர்/அதே வேளையில், மீதி விலகாத அமில மூலக்கூறுகளை விலக்குவதற்குக் கூடுதல் ஆற்றல் (எண்டோதேர்மிக்) உட்கிரகிக்கப்பட வேண்டும் -- இது ஒட்டுமொத்த வெளியேற்றத்தைக் குறைத்து குறைந்த (குறைவான எதிர்மறை) ΔHᴛ=−51 kJmol⁻¹ ஐத் தருகின்றது.
(a)(ii) தூய நடுநிலையாக்க வெப்பவுள்ளுறை (H⁺+OH⁻→H₂O) = HCl/HNO₃ இன் பெறுமானம் = −57 kJ mol⁻¹ (வலிமையான அமிலங்கள் முழுமையாக விலகியிருப்பதால் இதுவே உண்மையான, தூய மதிப்பு).
C₂H₅COOH இன் நடுநிலையாக்கம் = தூய நடுநிலையாக்கம் + விலகல் வெப்பவுள்ளுறை (ஹெஸ் விதி): −51 = −57 + ΔHᴛ(விலகல்)
ΔHᴛ(C₂H₅COOH விலகல்) = −51−(−57) = +6 kJ mol⁻¹ (எண்டோதேர்மிக் -- பலவீன அமில விலகல் எப்போதும் ஆற்றல் உட்கிரகிக்கும் ஒரு படி என்பதற்கு இசைவானது).
(b)(i) புறப்பேன் C₃H₁₁₀: n=1000/44=22.727mol. வெப்பம்=22.727×2200=5.0×10⁴ kJ.
தகனச் சமன்பாடு: C₃H₁₁₀+5O₂→3CO₂+4H₂O. CO₂ உருவாக்கம்=3×22.727=68.18mol; திணிவு=68.18×44=3.00 kg (சுத்தமான எண் -- புறப்பேன் M(44) CO₂ M(44) இற்குச் சமன் என்பதன் அழகான விளைவு).
ஓக்ரேன் C₁H₁₄₁₁: n=1000/114=8.772mol. வெப்பம்=8.772×5130=4.5×10⁴ kJ.
தகனச் சமன்பாடு: C₁H₁₄₁₁+12.5O₂→8CO₂+9H₂O. CO₂ உருவாக்கம்=8×8.772=70.18mol; திணிவு=70.18×44=3.09 kg.
முடிவு (இரு காரணங்கள், நேரடியாக (i) இன் பேறுகளிலிருந்து): 1. 1.0kg புறப்பேன் (5.0×10⁴kJ) ஓக்ரேனை விட (4.5×10⁴kJ) அதிக வெப்பத்தை வெளியிடுகின்றது -- திணிவுக்கு ஏற்ப அதிக ஆற்றல் திறன். 2. 1.0kg புறப்பேன் (3.00kg) ஓக்ரேனை விட (3.09kg) குறைவான CO₂ ஐ உற்பத்தி செய்கின்றது -- திணிவுக்கு ஏற்ப குறைந்த சூழற்சூழல் தாக்கம். எனவே புறப்பேன் (C₃H₁₁₀) வெப்பமூலமாகப் பயன்படுத்துவதற்குக் கூடிய அதிக அனுகூலமானது.
(b)(i) C₂H₅OH(l) + CH₃CO₂H(l) ⇌ CH₃CO₂C₂H₅(l) + H₂O(l) எனும் தாக்கத்திற்குரிய நியம வெப்பவுள்ளுறை மாற்றத்தை மதிப்பிடுக (estimate) நியம பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறைகள்: C−H:414, C=O:724, C−C:347, O−H:464, C−O:360 (kJ/mol).
(ii) இத்தாக்கத்தில் மேலே பெற்ற உமது மதிப்பீட்டுப் (estimate) பெறுமானம் பரிசோதனைப் பெறுமானத்திலும் (b kJ/mol) பார்க்க ஏன் வித்தியாசமென்பதை விளக்குக?
உடைந்த பிணைப்புகள்: C−O(360) + O−H(464) = 824 kJ. உருவான பிணைப்புகள்: C−O(360) + O−H(464) = 824 kJ.
ΔH (மதிப்பீடு) = உடைந்தவை − உருவானவை = 824−824 = ≈0 kJ mol⁻¹ (ஒரே வகையான பிணைப்புகள் உடைந்து, வேறு இடத்தில் அதே வகையாகவே மீண்டும் உருவாகுவதால், எளிய பிணைப்பு-வெப்பவுள்ளுறை மதிப்பீடு பூச்சியத்திற்கு நெருக்கமாகவே கிடைக்கின்றது).
(ii) பயன்படுத்தப்பட்ட பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறைகள் சராசரி மதிப்புகள் -- பல்வேறு வெவ்வேறு சேர்வைகளில் காணப்படும் ஒரே வகைப் பிணைப்புகளின் பலமான மதிப்புகளைச் சராசரிப்படுத்திப் பெறப்பட்டவை, இந்நான்கு குறிப்பிட்ட மூலக்கூறுகளுக்கு (எத்தனோல், அசற்றிக் அமிலம், எத்தில் அசற்றேற்று, நீர்) மாத்திரம் உரிய துல்லியமான பிணைப்பு பலங்களல்ல -- அண்மைக் குழுக்களின் தூண்டல்/அனுரண விளைவுகளால் (குறிப்பாக அமில/எஸ்தர் C=O தொடர்பான C−O பிணைப்புகள்) உண்மையான பிணைப்பு பலங்கள் சராசரி மதிப்பிலிருந்து வேறுபடும்.
மேலும், பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறை அட்டவணைகள் பொதுவாக வாயு நிலைக்குரிய மூலக்கூறுகளுக்காகக் கணக்கிடப்பட்டவை, ஆனால் இத்தாக்கம் திரவ நிலையில் (l) நடைபெறுகின்றது -- திரவங்களுக்கிடையேயான ஈர்ப்பு விசைகள்/ஆவியாதல் வெப்பவுள்ளுறைகள் எளிய பிணைப்பு-கூட்டல் மதிப்பீட்டில் கணக்கிடப்படவில்லை. இக்காரணங்களினாலேயே பரிசோதனை மூலம் பெறப்பட்ட உண்மையான ΔH, பூச்சியத்திலிருந்து 'b kJ/mol' அளவு வேறுபடுகின்றது.
(a)(i) பின்வரும் ஒவ்வொரு கூற்றுக்கும் பொருத்தமான தாக்கங்களுக்கு 298K இற்குரிய இரசாயனச் சமன்பாடுகளை எழுதுக.
1. குளோரீனின் நியம இலத்திரன் ஏற்றல் வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛẽᱰ=−350 kJmol⁻¹. 2. சோடியம் புளோரைட்டின் நியம சாலக சக்தி ΔHᴛₗ=−620 kJ mol⁻¹. 3. H₂O(l) இன் நியம ஆக்க வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛ=−300kJ mol⁻¹. 4. TNT (Tri Nitro Toluene), C₁H₅N₃O₆(s) இன் நியம ஆக்க வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛ=−250 kJ mol⁻¹. 5. CH₄(g) இன் நியம தகன வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛ=−800 kJ mol⁻¹.
(ii) பின்வரும் சமன்பாட்டுக்கமைய TNT இற்கும் O₂(g) இற்கும் இடையில் தாக்கம் நடைபெறும்.
2C₁H₅N₃O₆(s) + 8O₂(g) → 3N₂(g) + 5H₂(g) + 14CO₂(g)
இத்தாக்கத்திற்கு நியம தாக்க வெப்பவுள்ளுறை 298K இல் ஒவ்வொரு மூல் TNT இற்கும் −2550 kJ ஆகும். மேலே (i) இல் தரப்பட்ட தேவையான தரவுகளைப் பயன்படுத்தி 298K இல் CO₂(g) இன் நியம ஆக்க வெப்பவுள்ளுறையைக் கணிக்க.
(iii) சூரிய ஒளியும் தகுந்த ஒரு ஊக்கி A உம் இருக்கும் போது CO₂(g) உம் CH₄(g) உம், பின்வரும் சமன்பாட்டிற்கமைய
CH₄(g) + CO₂(g) → 2CO(g) + 2H₂(g)
298K இல் x kJ இன் நியம வெப்பவுள்ளுறை மாற்றத்துடன் நடைபெறும். C(s)+H₂O(g)→CO(g)+H₂(g) எனும் தாக்கத்திற்கு 298K இல் நியம வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் +125 kJ ஆகும். மேலே (i),(ii) பகுதிகளில் தரப்பட்ட/கணிக்கப்பட்ட வெப்பவிரசாயனத் தரவுகளில் தேவையானவற்றைப் பயன்படுத்தி x இன் பெறுமதியைக் கணிக்க.
(iv) பகுதி (iii) இல் தரப்பட்ட ஊக்கிய தாக்கத்தின் விளைபொருட்கள் வேறு நிபந்தனைகளிலும் வேறு ஊக்கி B உடனும் 2CO(g)+2H₂(g)→CH₄(g)+CO₂(g) என்ற சமன்பாட்டிற்கு அமைய தாக்கமடைந்து ஆரம்பப் பொருட்களைத் திரும்பவும் தந்தது. இத்தாக்கத்தின் ஒழுங்கினை சூரிய சக்தியை வெப்ப சக்தியாக மாற்றுவதற்குப் பயன்படுத்தலாம். இலங்கையில் மின்சக்தியைப் பெறுவதற்குரிய வெப்ப உற்பத்தியின் போது நிலக்கரி தகன முறையை விட இப்படிப்பட்ட வட்ட முறையில் உள்ள இரு அனுகூலங்களைத் தருக.
(v) 2C₁H₅N₃O₆(s) → 3N₂(g)+7C(s)+7CO(g)+5H₂O(l) என்ற சமன்பாட்டுக்கமைய TNT ஒரு வெடிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படும் போது, ஒரு மூல் TNT இற்கு −850 kJ நியம வெப்ப உள்ளுறை மாற்றத்துடன் வெடித்தல் நடைபெறுகின்றது. பகுதி (i) இல் தரப்பட்ட சில தரவுகளைப் பயன்படுத்தி 298K இல் CO(g) இன் நியம ஆக்க வெப்பவுள்ளுறையைக் கணிக்க.
(ii) தாக்கம் (2 மூல் TNT படி): ΔHrxn=2×(−2550)=−5100 kJ. ΔHrxn=ΣΔHᴛ(விளைபொருள்)−ΣΔHᴛ(தாக்கி) (N₂,H₂,O₂ தனிமங்கள், ΔHᴛ=0):
−5100 = [14×ΔHᴛ(CO₂)] − [2×(−250)] = 14ΔHᴛ(CO₂)+500
14ΔHᴛ(CO₂) = −5600 ⇒ ΔHᴛ(CO₂) = −400 kJ mol⁻¹ (உண்மையான மதிப்பு −393.5 இற்கு மிக நெருக்கமானது).
(iii) ஹெஸ் விதி மூலம் Eq1(CH₄ தகனம், ×1) + Eq2(நீராவி வாயு, ×2) + Eq_ii(C+O₂→CO₂, ΔH=−400, ×−2) இணைத்தால் இலக்குச் சமன்பாட்டைப் பெறலாம், ஆனால் H₂O(l)↔H₂O(g) படி நிலைமாற்றமும் இணைவில் தேவைப்படுகின்றது (ஆவியாதல் வெப்பவுள்ளுறை V தரப்படவில்லை என்பதால்).
x = (−800)+2(125)−2(−400)+2V = 250+2V. தரப்பட்ட தரவுகளில் நீரின் ஆவியாதல் வெப்பவுள்ளுறை இல்லாததால், H₂O(g) இன் ஆக்க வெப்பவுள்ளுறையை H₂O(l) இற்குச் சமனாகவே (எடுகோள்) கொள்ளவேண்டும் (V≈0):
x = 250 kJ (இது CH₄/CO₂ "dry reforming" எனும் உண்மையான, நன்கறியப்பட்ட தொழிற்துறைத் தாக்கத்தின் உண்மையான வெப்பவுள்ளுறை மதிப்புடன் (≈+247 kJmol⁻¹) மிக நெருக்கமாகப் பொருந்துகின்றது -- இது ஒரு நல்ல வெளிப்புற உறுதிப்படுத்தல்).
(iv) சூரிய சக்தியை வெப்பமாக்கும் இவ்வட்டமுறையின் இரு அனுகூலங்கள் (நிலக்கரி தகனத்துடன் ஒப்பிடுகையில்): 1. சூரிய சக்தியை CO/H₂ எனும் இரசாயன வடிவில் சேகரித்து வைக்கலாம் (ஒரு "இரசாயன எரிபொருள்"), எனவே சூரிய ஒளி இல்லாத நேரங்களிலும் (இரவு/மேகமூட்டம்) தேவைப்படும்போது வெப்பத்தை வெளியிடலாம் -- மின்கலன்களை விட நீண்டகால, குறைந்த சிதைவுடன் கூடிய சேமிப்பு. 2. இது தொடர்ச்சியான புதிய கரிமப்பொருள் தகனத்தை (நிலக்கரி போன்று) தேவைப்படுத்தாது -- ஒரு முறை அமைத்தபின் சூரிய ஒளியை மாத்திரம் பயன்படுத்தி வட்டமாக இயங்கும், எனவே CO₂ உமிழ்வு/எரிபொருள் இறக்குமதிச் செலவு குறைவு, இலங்கையின் நீர்மின் கொள்ளளவு/மழைப்பொழிவைச் சாராது.
(v) தாக்கம் (2 மூல் TNT படி): ΔHrxn=2×(−850)=−1700 kJ.
−1700 = [3×0+7×0+7ΔHᴛ(CO)+5×(−300)] − [2×(−250)] = 7ΔHᴛ(CO)−1500+500 = 7ΔHᴛ(CO)−1000
7ΔHᴛ(CO) = −700 ⇒ ΔHᴛ(CO) = −100 kJ mol⁻¹ (உண்மையான மதிப்பு −110.5 இற்கு மிக நெருக்கமானது -- இக்கணிப்பு H₂O(l) இன் தரப்பட்ட மதிப்பையே நேரடியாகப் பயன்படுத்துவதால் எவ்வித நிலைமாற்ற எடுகோளும் தேவைப்படவில்லை, எனவே (iii) ஐ விடத் துல்லியமானது).
நேர்மையான குறிப்பு: (iii) இன் CO₂-மூலம் மறைமுகமாகக் கிடைக்கும் CO இன் மதிப்பு (H₂O(l)=H₂O(g) எடுகோளுடன்) −175kJmol⁻¹ ஆக இருக்கும், ஆனால் (v) இன் நேரடி மதிப்பு −100kJmol⁻¹். இவ்விரு பெறுமானங்களுக்கிடையிலான வேறுபாடு, (iii) இல் தேவைப்பட்ட H₂O(l)/H₂O(g) எளிமைப்படுத்தலினால் விளைவதே -- கணிப்புப் பிழையல்ல; ஒவ்வொரு பகுதியும் அதனதன் சொந்த வழிமுறை/கட்டளையின்படி தனித்தனியாகச் சரியானதே.
(b) கீழே தரப்பட்டுள்ள 25°C யிலான நியம ஆக்க வெப்பவுள்ளுறை (ΔfHᴛ) தரவுகளைப் பயன்படுத்தி ஒரு தகுந்த கணிப்பின் மூலம் SF₄(g), SF₆(g) ஆகிய சேர்வைகளில் எது வலிமையான S−F பிணைப்பை உடையதெனத் துணிக.
| SF₄(g) | SF₆(g) | S(g) | F(g) | |
|---|---|---|---|---|
| ΔHfᴛ/kJ mol⁻¹ | −775 | −1210 | 279 | 79 |
(i) C(s) + H₂O(g) → CO(g) + H₂(g). (ii) C(s) + O₂(g) → CO₂(g).
நீர் வாயுத் தாக்கத்திலே {மேலே தாக்கம் (i)} நிலக்கரி விடயத்தில் உள்ள வெப்பமிகுதியான C இன் மேல் கொதிநீராவியை அனுப்புவதன் மூலம் நீர்வாயு (CO(g)+H₂(g) ஆகியவற்றின் ஒரு சம மூலர் கலவை) பெறப்படுகின்றது. பியாபமான வீதத்தில் நீர்வாயுவைப் பெறுவதற்கு நிலக்கரியின் வெப்பநிலையை 400°C இற்கு அண்மையில் பேணுதல் அவசியம். நீர்வாயுவின் கைத்தொழில் உற்பத்தியில் வெப்பமாகிய நிலக்கரியானது மாறிமாறி கொதிநீராவியுடனும் வளியுடனும் தொழிற்பட விடப்படுகின்றது. மேலே செய்யப்பட்ட கணிப்புக்களையும் இரசாயன இயக்கவியல்/வெப்பவிரசாயனம் பற்றிய உமது அறிவையும் பயன்படுத்தி, கைத்தொழில் செயன்முறையில் இவ்வாறு ஏன் செய்யப்படுகின்றது என்பதை விளக்குக.
SF₄(g)→S(g)+4F(g): ΔHஅணுவாக்கம்=[279+4(79)]−(−775)=[279+316]+775=595+775=1370 kJ (4 பிணைப்புகளுக்கு). சராசரி S−F = 1370/4 = 342.5 kJ mol⁻¹.
SF₆(g)→S(g)+6F(g): ΔHஅணுவாக்கம்=[279+6(79)]−(−1210)=[279+474]+1210=753+1210=1963 kJ (6 பிணைப்புகளுக்கு). சராசரி S−F = 1963/6 = 327.2 kJ mol⁻¹.
342.5 > 327.2 என்பதால், SF₄(g) இல் உள்ள S−F பிணைப்பு SF₆(g) இலுள்ளதை விட வலிமையானது (SF₆ இன் அதிக எண்ணிக்கையான, நெருக்கமான F சூழலால் ஏற்படும் இலத்திரன்-இலத்திரன் விலக்கல் விளைவுகளால் அதன் S−F பிணைப்புகள் சராசரியாகச் சற்றுப் பலவீனமானவை -- இது ஒரு உண்மையான, அறியப்பட்ட வேதிவியல் நிகழ்வு).
(c)(i) ΔHᴛ=[ΔHᴛ(CO)+ΔHᴛ(H₂)]−[ΔHᴛ(C)+ΔHᴛ(H₂O,g)]=[−110+0]−[0+(−242)]=−110+242=+132 kJ mol⁻¹ (எண்டோதேர்மிக்).
(c)(ii) ΔHᴛ=ΔHᴛ(CO₂)−[ΔHᴛ(C)+ΔHᴛ(O₂)]=−395−0=−395 kJ mol⁻¹ (மிகவும் எக்ஸோதேர்மிக்).
விளக்கம் (கைத்தொழில் செயன்முறை): தாக்கம் (i) (நீராவியுடன், நீர்வாயு உருவாக்கம்) எண்டோதேர்மிக் (ΔH=+132kJmol⁻¹) -- இது தொடர்ந்து நடைபெறும்போது நிலக்கரியிலிருந்து வெப்பத்தை உட்கிரகித்து, நிலக்கரியின் வெப்பநிலையைத் தொடர்ந்து குறைக்கும். வெப்பநிலை 400°C இற்குக் கீழே குறைந்தால், தாக்க வீதம் (பியாபமான வீதம்) மிகக் குறைவாகி, நீர்வாயு உற்பத்தி நடைமுறையில் இல்லாமல் போகும்.
இதைத் தடுக்க, காலமுறையாக நீராவிக்குப் பதிலாக வளி (காற்று) செலுத்தப்படுகின்றது -- இது C(s)+O₂(g)→CO₂(g) (தாக்கம் ii) தாக்கத்தை நிகழ்த்துகின்றது, இது கடுமையான எக்ஸோதேர்மிக் (ΔH=−395kJmol⁻¹) -- இது நிலக்கரியை மீண்டும் வெப்பமூட்டி, 400°C இற்கு அண்மையிலான வெப்பநிலைக்குத் திரும்பக் கொண்டுவருகின்றது.
இவ்வாறு நீராவி-வளி மாறி மாறிச் செலுத்தும் சுழற்சி (steam "run" phase / air "blow" phase) மூலம், எண்டோதேர்மிக் தாக்கத்தினால் இழக்கப்படும் வெப்பம், எக்ஸோதேர்மிக் தகனத்தினால் தொடர்ந்து மீளீடு செய்யப்பட்டு, நிலக்கரியின் வெப்பநிலை பியாபமான உற்பத்தி வீதத்திற்குத் தேவையான 400°C அளவில் பேணப்படுகின்றது.
(c) பின்வரும் (i) தொடக்கம் (vii) வரையான கூற்றுக்கள் ஒவ்வொன்றிற்கும் பொருத்தமான செயன்முறைகளுக்கான சமப்படுத்தப்பட்ட இரசாயனச் சமன்பாடுகளை எழுதுக.
(i) புரோமீனுடைய நியம இலத்திரன் ஏற்றல் வெப்பவுள்ளுறை (electron gain enthalpy) ΔHᴛẽᱰ = −328.0 kJ mol⁻¹ ஆகும்.
(ii) MgCl₂(s) இனுடைய நியமத்தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛ = −641.0 kJ mol⁻¹ ஆகும்.
(iii) ஸ்ரெறிக் அமிலம் C₁₄H₃₅COOH இன் நியமத் தகன வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛ᷊ = −11380.0 kJ mol⁻¹ ஆகும்.
(iv) Mg இனுடைய நியம முதலாவது அயனாக்க வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛ₁, நியம இரண்டாவது அயனாக்க வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛ₂, உம் முறையே 737.0 kJ mol⁻¹ உம் 1451.0 kJ mol⁻¹ உம் ஆகும்.
(v) Mg இனுடைய நியம அணுவாக்கல் வெப்பவுள்ளுறை, ΔHᴛᱰ = 148.0 kJ mol⁻¹ ஆகும்.
(vi) MgBr₂(s) இனுடைய நியமச் சாலக வெப்பவுள்ளுறை, ΔHᴛₗ = −2440.0 kJ mol⁻¹ ஆகும்.
(vii) Br₂ இனுடைய நியமப் பிணைப்புக் கூட்டப்பிரிகை வெப்பவுள்ளுறை, ΔHᴛ = +193.0 kJ mol⁻¹ ஆகும். புரோமீனுடைய நியம நிலை Br₂(l) எனவும் அதனுடைய நியம ஆவியாக்கல் வெப்பவுள்ளுறை, ΔHᴛvap = 15.0 kJ mol⁻¹ எனவும் தரப்பட்டு பின்வரும் தாக்கங்கள் (h) இனதும் (i) இனதும் நியம வெப்பவுள்ளுறை மாற்றங்களைக் காண்க.
h. Mg(s) + Br₂(l) → MgBr₂(s)
i. Cl₂(g) + MgBr₂(s) → MgCl₂(s) + Br₂(l)
(i) Br(g)+e⁻→Br⁻(g), ΔHᴛẽᱰ=−328.0 kJmol⁻¹.
(ii) Mg(s)+Cl₂(g)→MgCl₂(s), ΔHᴛ=−641.0 kJmol⁻¹.
(iii) C₁₄H₃₅COOH(s)+26O₂(g)→17CO₂(g)+18H₂O(l), ΔHᴛ᷊=−11380.0 kJmol⁻¹ (இது Mg/Br கணிப்புகளுக்கு நேரடியாகப் பொருந்தாத தரவு).
(iv) Mg(g)→Mg⁺(g)+e⁻, ΔHᴛ₁=737.0 kJmol⁻¹; Mg⁺(g)→Mg²⁺(g)+e⁻, ΔHᴛ₂=1451.0 kJmol⁻¹.
(v) Mg(s)→Mg(g), ΔHᴛᱰ=148.0 kJmol⁻¹.
(vi) Mg²⁺(g)+2Br⁻(g)→MgBr₂(s), ΔHᴛₗ=−2440.0 kJmol⁻¹.
(vii) Br₂(g)→2Br(g), ΔHᴛ=+193.0 kJmol⁻¹; Br₂(l)→Br₂(g), ΔHᴛvap=+15.0 kJmol⁻¹.
h. Mg(s)+Br₂(l)→MgBr₂(s) -- போர்ன்-ஹேபர் சுழற்சி:
ΔHᴛ(h) = ΔHᴛᱰ(Mg) + ΔHᴛ₁(Mg) + ΔHᴛ₂(Mg) + ΔHᴛvap(Br₂) + ΔHᴛ(Br₂) + 2×ΔHᴛẽᱰ(Br) + ΔHᴛₗ(MgBr₂)
= 148.0+737.0+1451.0+15.0+193.0+2×(−328.0)+(−2440.0)
= 148.0+737.0+1451.0+15.0+193.0−656.0−2440.0
கூட்டல் படிமுறையாக: 148+737=885; +1451=2336; +15=2351; +193=2544; −656=1888; −2440=−552.0
ΔHᴛ(h) = −552.0 kJ mol⁻¹ (இதுவே MgBr₂ இன் நியம ஆக்க வெப்பவுள்ளுறை).
i. Cl₂(g)+MgBr₂(s)→MgCl₂(s)+Br₂(l): ஹெஸ் விதி மூலம் (ஆக்க வெப்பவுள்ளுறைகளைப் பயன்படுத்தி, Cl₂(g),Br₂(l) தனிமங்கள் ΔHᴛ=0):
ΔHᴛ(i) = [ΔHᴛ(MgCl₂)+ΔHᴛ(Br₂,l)] − [ΔHᴛ(Cl₂,g)+ΔHᴛ(MgBr₂,s)]
= [(−641.0)+0] − [0+(−552.0)] = −641.0+552.0 = −89.0 kJ mol⁻¹ (எக்ஸோதேர்மிக் -- குளோரின் புரோமீனை விட அதிக மின்னெதிர்த்தன்மையுடையது என்பதால், அது MgBr₂ இலிருந்து Br₂ ஐ இடம்பெயர்த்து மிகவும் நிலைப்புத்தன்மையுடைய MgCl₂ ஐ உருவாக்குகின்றது, இது ஆற்றலை வெளியிடுகின்றது).
சரிபார்ப்பு: தரப்பட்ட Mg/Br தரவுகள் ஒவ்வொன்றும் உண்மையான, நன்கறியப்பட்ட இலக்கியப் பெறுமானங்களுடன் மிக நெருக்கமாகப் பொருந்துகின்றன (Mg அணுவாக்கல் ≈148, முதல்/இரண்டாம் அயனாக்கம் ≈738/1451, Br₂ பிணைப்புப் பிரிகை ≈193, ஆவியாக்கல் ≈15.4, MgBr₂ சாலக ஆற்றல் ≈−2440) -- இது தரவுகளின் உண்மைத்தன்மையையும் மேற்கண்ட வழிமுறையின் சரியான தன்மையையும் உறுதிப்படுத்துகின்றது.
(a) நொதித்தல் என அறியப்படும் முறை ஒன்றினால் குளுக்கோசு (C₆H₁₂O₆) ஐ அற்ககோல் (C₂H₅OH) ஆகவும் CO₂ ஆகவும் முற்றுப்பெறாத ஒட்சியேற்றம் செய்வதால் நொதிக்கலங்கள் அவைகளுக்குத் தேவைப்படுகின்ற சக்தியைப் பெறுகின்றன. இம் முறையைப் பின்வருமாறு பிரதிநிதித்துவப்படுத்தலாம்.
C₆H₁₂O₆(aq) → 2C₂H₅OH(aq) + 2CO₂(g)
25°C இல் குளுக்கோசு(s) இனதும் அற்ககோல்(l) இனதும் நியம தகன வெப்பவுள்ளுறைகள் முறையே −2808 kJmol⁻¹ உம் −1368 kJmol⁻¹ உம் ஆகும்.
(i) 25°C இல் நீரில் குளுக்கோசு(s) இனதும் அற்ககோல்(l) இனதும் கரைத்தலின்போது சம்மந்தப்பட்ட வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் புறக்கணிக்கக்கூடியது என எடுத்துக்கொண்டு, 2.5 mol குளுக்கோசு நொதியத்தினால் நொதிக்கும்பொழுது வெளியேற்றப்படும் சக்தியின் அளவைக் கணிக்க.
(ii) குறிப்பிட்ட அளவு குளுக்கோசுவின் நொதித்தலின்போது வெளியேற்றப்படும் சக்திக்கும், அதே குளுக்கோசு மனிதனின் சுவாசித்தலினால் வெளியேற்றப்படும் சக்திக்கும் இடையிலுள்ள விகிதம் யாது? (குறிப்பு: சுவாசித்தலின்போது குளுக்கோசு முழுமையாக ஒட்சியேற்றப்படுகிறது.)
ΔHᴛ(நொதித்தல்) = ΔHᴛ᷊(குளுக்கோசு) − [2×ΔHᴛ᷊(அற்ககோல்)+2×ΔHᴛ᷊(CO₂)]
= (−2808) − [2×(−1368)+0] = −2808−(−2736) = −2808+2736 = −72 kJ mol⁻¹ (1 மூல் குளுக்கோசுவுக்கு, சமன்பாட்டின்படி).
2.5 mol குளுக்கோசு நொதிக்கும்போது வெளியேறும் சக்தி = 2.5×72 = 180 kJ.
(ii) சுவாசித்தல் = முழுமையான ஒட்சியேற்றம் = தகன வெப்பவுள்ளுறையே: 2808 kJ mol⁻¹.
விகிதம் = நொதித்தல் : சுவாசித்தல் = 72 : 2808. 72 ஆல் இருபுறமும் வகுத்தால்: 2808/72=39.0 (துல்லியமாக) ∴ விகிதம் = 1 : 39.
(இது நொதித்தல் -- ஆக்சிசன் இன்றி நடைபெறும் ஒரு பகுதி ஒட்சியேற்றம் -- சுவாசித்தலை விட மிகக் குறைவான சக்தியையே வெளியிடும் என்னும் உண்மையான உயிரியலுக்கு இசைவானது).
(a)(i) NH₃(g) உம் O₂(g) உம் ஒன்றுடனொன்று தாக்கம் புரிந்து NO(g) ஐயும் H₂O(g) ஐயும் உண்டாக்குகின்றன. இத்தாக்கத்திற்குரிய சமப்படுத்தப்பட்ட இரசாயனச் சமன்பாட்டை எழுதுக.
(ii) பின்வரும் தரவுகளைப் பயன்படுத்தி மேலே (i) இல் நீர் எழுதிய தாக்கத்திற்குரிய நியம வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் ΔHᴛ ஐக் காண்க.
NH₃(g) இனுடைய நியமத் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛf(NH₃,g) = −46 kJmol⁻¹. NO(g) இனுடைய நியமத் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛf(NO,g) = 90 kJ mol⁻¹. H₂O(g) இனுடைய நியமத் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛf(H₂O,g) = −242 kJ mol⁻¹.
(iii) தரப்பட்ட தரவுகளையும் கணிக்கப்பட்ட பெறுமானத்தையும் பயன்படுத்தி, NO(g) ஐ உருவாக்குவதற்குப் பின்வரும் I, II ஆகிய இரு தாக்கங்களில் எதற்கு அதிகூடிய சாத்தியமுள்ளது என்பதைச் சுருக்கமாக விளக்குக.
I. N₂(g) இற்கும் O₂(g) இற்கும் இடையிலான தாக்கம். II. NH₃(g) இற்கும் O₂(g) இற்கும் இடையிலான தாக்கம்.
(ii) ΔHᴛ=[4×ΔHᴛf(NO)+6×ΔHᴛf(H₂O,g)]−[4×ΔHᴛf(NH₃)+5×ΔHᴛf(O₂)]
= [4(90)+6(−242)]−[4(−46)+0] = [360−1452]−[−184] = −1092+184 = −908 kJ (சமன்பாட்டின்படி, 4 மூல் NH₃ இற்கு -- வலிமையான எக்ஸோதேர்மிக்).
(iii) தாக்கம் I: N₂(g)+O₂(g)→2NO(g), ΔHᴛ=2×90−[0+0]=+180 kJ (2 மூல் NO க்கு) = +90 kJ ஒரு மூல் NO க்கு -- எண்டோதேர்மிக்.
தாக்கம் II ((ii) இலிருந்து): −908 kJ (4 மூல் NO க்கு) = −227 kJ ஒரு மூல் NO க்கு -- வலிமையான எக்ஸோதேர்மிக்.
தாக்கம் II அதிகூடிய சாத்தியமுள்ளது. ஒரு மூல் NO உற்பத்திக்கு தாக்கம் I ஆற்றலை உட்கிரகிக்க வேண்டும் (+90kJ), ஆனால் தாக்கம் II கணிசமான ஆற்றலை வெளியிடுகின்றது (−227kJ) -- வெப்பவியக்கவியல் ரீதியாக எக்ஸோதேர்மிக் தாக்கங்களே பொதுவாக அதிகூடிய சாத்தியமும் நிலைப்புத்தன்மையும் கொண்டவை. இதுவே NH₃ ஐ ஒட்சியேற்றி NO ஐப் பெறும் ஒஸ்ட்வால்ட் செயன்முறை, N₂/O₂ இன் நேரடி இணைப்பை (மின்னல்/மிக உயர் வெப்பநிலை தேவைப்படும் ஒரு எண்டோதேர்மிக் செயல்முறை) விடத் தொழிற்துறையில் பயன்படுத்தப்படுவதற்கான உண்மையான காரணமும் ஆகும்.
(a) பொருத்தமான வெப்பவுள்ளுறைப் படிகளின் வரைபடத்தை (enthalpy level diagram) கட்டமைப்பதன் மூலம் CaBr₂(s) இன் சாலகச் சக்தியைக் கணிக்க. வேண்டிய வெப்ப இரசாயனத் தரவுகள் கீழே தரப்பட்டுள்ளன. (பௌதீக நிலைகள் கட்டாயம் இடுதல் வேண்டும்.)
CaBr₂(s) இன் ஆக்க வெப்பவுள்ளுறை = −683 kJmol⁻¹. Ca(s) இன் அணுவாக்கல் வெப்பவுள்ளுறை = 177 kJmol⁻¹. Ca(s) இன் 1 வதும் 2 வதும் அயனாக்கச்சக்திகளினது கூட்டுத்தொகை = 1740 kJmol⁻¹. Br₂(l) இன் ஆவியாதல் வெப்பவுள்ளுறை = 31 kJ mol⁻¹. Br₂(g) இன் பிணைப்புக் கூட்டப்பிரிகை வெப்பவுள்ளுறை = 193 kJ mol⁻¹. Br(g) இன் இலத்திரன் நாட்டம் = −331 kJ mol⁻¹.
1. Ca(s) → Ca(g), ΔHஅணு=+177
2. Ca(g) → Ca²⁺(g)+2e⁻, ΔH(IE₁+IE₂)=+1740
3. Br₂(l) → Br₂(g), ΔHvap=+31
4. Br₂(g) → 2Br(g), ΔHD=+193
5. 2Br(g)+2e⁻ → 2Br⁻(g), 2×EA=2×(−331)=−662
6. Ca²⁺(g)+2Br⁻(g) → CaBr₂(s), ΔHᴛₗ=? (இலக்கு)
நேரடிப் பாதை: Ca(s)+Br₂(l) → CaBr₂(s), ΔHᴛ=−683 (ஆக்க வெப்பவுள்ளுறை)
ஹெஸ் விதி மூலம் (சுற்று மூடல்): ΔHᴛ = ΔHஅணு + (IE₁+IE₂) + ΔHvap + ΔHD + 2×EA + ΔHᴛₗ
−683 = 177+1740+31+193+(−662)+ΔHᴛₗ
கூட்டல் படிமுறையாக: 177+1740=1917; +31=1948; +193=2141; −662=1479.
−683 = 1479 + ΔHᴛₗ ⇒ ΔHᴛₗ = −683−1479 = −2162 kJ mol⁻¹.
சரிபார்ப்பு: இது CaBr₂ இன் உண்மையான, இலக்கியத்தில் அறியப்பட்ட சாலக ஆற்றல் மதிப்புகளுடன் (≈−1984 முதல் −2176 kJmol⁻¹ வரை, கணிப்பு முறையைப் பொறுத்து) நல்ல ஒப்பீட்டு வரம்பினுள் அமைந்துள்ளது.
(b) i. CO₂(g) இன் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை என்பதால் விளங்குவது யாது?
ii. கரியின் 72.0g மாதிரி ஒன்று நியம நிபந்தனைகளின் கீழ் O₂ உடன் எரியூட்டப்பட்டபோது, விளைவுக்கலவை திணிவு ரீதியில் 28% CO(g), 66% CO₂(g), எரியாத C(s) என்பவற்றைக் கொண்டிருந்தது.
CO(g) இன் தோ.வெ. = −111 kJmol⁻¹, CO₂(g) இன் தோ.வெ = −394 kJmol⁻¹ (C=12.0, O=16.0)
I. பின்வருவனவற்றைக் கணிக்க. A. விளைவுக் கலவையிலுள்ள C(s), CO(g), CO₂(g) ஆகியவற்றின் மூலார் விகிதம். B. வெளியேற்றப்பட்ட CO(g) இனது மூல்களின் எண்ணிக்கை. C. வெளியேற்றப்பட்ட CO₂(g) இன் மூல்களின் எண்ணிக்கை. D. நியம நிபந்தனைகளின் கீழ் (இதே விகிதங்களில்) 1.0 mol கரி எரியூட்டப்பட்டபோது வெளிவிடப்பட்ட வெப்பம்.
II. மேலே தரப்பட்ட வெப்ப விரசாயனத் தரவுகளைப் பயன்படுத்தி, நியம நிபந்தனைகளின் கீழ் CO(g) ஐ CO₂(g) க்கு மாற்றீடு செய்வது அகவெப்பத்தாக்கமா அல்லது புறவெப்பத்தாக்கமா என உய்த்தறிக.
ii. மொத்த C = 72.0/12.0 = 6.00 mol. கரி ஒரே தனிமம் (C) என்பதால், திணிவு % = மூல் % (ஒவ்வொரு தயாரிப்பிலும் ஒரு C அணு).
C(s) இல் = 6% × 6.00 = 0.36 mol; CO(g) இல் = 28% × 6.00 = 1.68 mol; CO₂(g) இல் = 66% × 6.00 = 3.96 mol. (சரிபார்ப்பு: 0.36+1.68+3.96=6.00 ✓)
I.A. மூலார் விகிதம் C(s):CO(g):CO₂(g) = 0.36:1.68:3.96 = 6:28:66 (%இலிருந்தே) = 3:14:33 (எளிமைப்படுத்தியது).
I.B. CO(g) மூல்கள் = 1.68 mol.
I.C. CO₂(g) மூல்கள் = 3.96 mol.
I.D. 1.0 mol கரி (இதே விகிதங்களில்: 0.28mol→CO, 0.66mol→CO₂, 0.06mol எரியாது) எரியும்போது வெளியேறும் வெப்பம் = 0.28×111 + 0.66×394 = 31.08+260.04 = 291.12 kJ ≈ 291 kJ (எரியாத C(s) பங்கு வெப்பத்தை வெளியிடாது).
II. CO(g)+½O₂(g)→CO₂(g), ΔHᴛ = ΔHᴛ(CO₂)−ΔHᴛ(CO) = (−394)−(−111) = −394+111 = −283 kJ mol⁻¹.
ΔH எதிர்மறையாக இருப்பதால், CO ஐ CO₂ ஆக மாற்றீடு செய்தல் புறவெப்பத்தாக்கம் (exothermic) ஆகும் -- இது CO இன் முழுமையான ஒட்சியேற்றம் பகுதி ஒட்சியேற்றத்தை விட கணிசமாக அதிக ஆற்றலை வெளியிடும் என்னும் உண்மையான தகன வேதிவியலுக்கு இசைவானது.
a. கீழே தரப்பட்டுள்ள வெப்ப இரசாயனத் தரவுகளைப் பயன்படுத்தி 25°C இல் 2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s) எனும் தாக்கத்திற்கான வெப்பவுள்ளுறை மாற்றத்தைக் கணிக்க.
25°C இல்: O₂(g) இன் பிணைப்புக் கூட்டப்பிரிவு வெப்பவுள்ளுறை = 498 kJ mol⁻¹. O(g) இன் முதலாம் இலத்திரன் நாட்டம் = −149 kJ mol⁻¹. O(g) இன் இரண்டாம் இலத்திரன் நாட்டம் = 798 kJ mol⁻¹. Mg(s) இன் பதங்கமாதலின் வெப்பவுள்ளுறை = 148 kJ mol⁻¹. Mg(g) இன் முதலாம் அயனாக்கச் சக்தி = 738 kJ mol⁻¹. Mg(g) இன் இரண்டாம் அயனாக்கச் சக்தி = 1451 kJ mol⁻¹. MgO(s) இன் சாலகச் சக்தி = −3791 kJ mol⁻¹.
ΔHᴛ(MgO) = ΔHஅணு(Mg) + IE₁(Mg) + IE₂(Mg) + ½×BDE(O₂) + EA₁(O) + EA₂(O) + ΔHᴛₗ(MgO)
= 148+738+1451+½(498)+(−149)+798+(−3791)
கூட்டல் படிமுறையாக: 148+738=886; +1451=2337; +249(=½×498)=2586; −149=2437; +798=3235; −3791=−556
ΔHᴛ(MgO) = −556 kJ mol⁻¹ (1 மூல் MgO க்கு).
சமன்பாட்டின்படி (2Mg(s)+O₂(g)→2MgO(s), 2 மூல் MgO): ΔH = 2×(−556) = −1112 kJ.
(உண்மையான, இலக்கியத்தில் அறியப்பட்ட MgO ஆக்க வெப்பவுள்ளுறை ≈−601.6 kJmol⁻¹் -- இக்கணிப்பு நியாயமான வரம்பிற்குள் உள்ளது).
(a) N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) என்னும் இரசாயனத் தாக்கத்தையும், கீழே தரப்பட்டுள்ள 25°C இலான வெப்பவிரசாயனத் தரவுகளையும் கருதுக.
| இரசாயன இனங்கள் | N₂(g) | H₂(g) | NH₃(g) |
|---|---|---|---|
| நியம ஆக்க வெப்பவுள்ளுறை/kJ mol⁻¹ | 0.00 | 0.00 | −46.1 |
| நியம எந்திரப்பி/J K⁻¹ mol⁻¹ | 191.5 | 130.7 | 192.3 |
(ii) 25°C இல் மேற்குறித்த தாக்கத்திற்கான ΔSᴛ ஐக் கணிக்க.
(iii) I. ஓர் இரசாயனத் தாக்கத்தில் ΔG ஐ அதன் ΔH உடனும் ΔS உடனும் தொடர்புபடுத்தும் கோவையை எழுதுக. II. 25°C இல் மேற்குறித்த தாக்கத்திற்கான ΔGᴛ ஐக் கணிக்க.
(ii) ΔSᴛ = 2×Sᴛ(NH₃) − [Sᴛ(N₂)+3×Sᴛ(H₂)] = 2×192.3 − [191.5+3×130.7]
= 384.6 − [191.5+392.1] = 384.6−583.6 = −199.0 J K⁻¹ (எதிர்மறை -- 4 மூல் வாயு தாக்கிகள் 2 மூல் வாயு விளைபொருளாக மாறுவதால், தொகுதியின் சீரின்மை/எந்திரப்பி குறைகின்றது, இது எதிர்பார்க்கத்தக்கதே).
(iii).I. ΔG = ΔH − TΔS (கிப்சு சுயாதீன ஆற்றல் சமன்பாடு).
(iii).II. T=25+273=298K. ΔGᴛ=ΔHᴛ−TΔSᴛ = −92.2 − [298×(−199.0)/1000]
= −92.2 − (−59.302) = −92.2+59.302 = ≈−32.9 kJ.
ΔGᴛ எதிர்மறையாக இருப்பதால், 298K இல் இத்தாக்கம் வெப்பவியக்கவியல் ரீதியில் தன்னிச்சையானது (spontaneous) -- இது ஹேபர் செயன்முறையின் உண்மையான தன்மையுடன் இசைவானது (அறை வெப்பநிலையில் வெப்பவியக்கவியல் ரீதியில் சாதகமாக இருந்தாலும், மெதுவான இயக்கவியல் காரணமாகவே தொழிற்துறையில் உயர் அமுக்கம்/வெப்பநிலை/ஊக்கி தேவைப்படுகின்றன).
இலங்கையின் திரவப்பெற்றோலிய வாயு (L.P gas) பொதுவாகச் சமையல் தேவைகளிற்கு ஓர் எரிபொருளாகப் பயன்படுகின்றது. அது உயர் அமுக்கத்தின் கீழ் திரமாக்கப்பட்ட புரப்பேனினதும் பியூற்றேனினதும் ஒரு கலவையாகும். பின்வரும் தரவுகள் வழங்கப்பட்டுள்ளன.
| பதார்த்தம் | 25°C இல் நியமத் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை ΔHᴛf (kJmol⁻¹) |
|---|---|
| H₂O(l) | −286 |
| CO₂(g) | −394 |
| C₃H₁₀(g) | −104 |
| C₄H₁₀(g) | −126 |
II. 400g நீரின் வெப்பநிலையை 25°C இலிருந்து 85°C இற்கு உயர்த்துவதற்குத் தேவையான வெப்பத்தின் அளவைக் கணிக்க (நீரின் வெப்பக் கொள்ளளவு 4.2 Jg⁻¹°C⁻¹).
III. பூரண தகனம் நிகழும் என்பதை எடுகோளாக கொண்டு மேலே (II) இற்குரிய செயன்முறை முன்னெடுக்கப்படும் போது, 1) புரப்பேன் எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுமாயின் 2) பியூற்றேன் எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுமாயின் -- வெளியேறும் CO₂ இன் திணிவை வெவ்வேறாகக் கணிக்க.
IV. மேலே (III) இல் உங்களின் கணிப்புக்கு அமைய எந்த எரிபொருள் மிகவும் சூழல் நேயமானது என்பதை இனங்கண்டு அதற்கான காரணத்தை விளக்குக.
ΔHᴛ᷊(C₃H₁₀) = [3(−394)+4(−286)]−[(−104)+0] = [−1182−1144]−(−104) = −2326+104 = −2222 kJ mol⁻¹.
பியூற்றேன் தகனம்: C₄H₁₀(g)+6.5O₂(g)→4CO₂(g)+5H₂O(l).
ΔHᴛ᷊(C₄H₁₀) = [4(−394)+5(−286)]−[(−126)+0] = [−1576−1430]−(−126) = −3006+126 = −2880 kJ mol⁻¹.
II. q=mcΔT=400×4.2×(85−25)=400×4.2×60=100800 J = 100.8 kJ.
III.1) புரப்பேன்: தேவையான மூல்கள் = 100.8/2222 = 0.04536 mol. CO₂ உருவாக்கம் = 3×0.04536=0.13609 mol. திணிவு = 0.13609×44 = ≈5.99 g.
III.2) பியூற்றேன்: தேவையான மூல்கள் = 100.8/2880 = 0.03500 mol (துல்லியமாக). CO₂ உருவாக்கம் = 4×0.035=0.14 mol. திணிவு = 0.14×44 = 6.16 g.
IV. ஒரே அளவு வெப்பத்தை (100.8 kJ) உற்பத்தி செய்வதற்குப் புரப்பேன் குறைவான CO₂ ஐ வெளியிடுகின்றது (5.99g புரப்பேனுக்கு vs 6.16g பியூற்றேனுக்கு). எனவே புரப்பேன் சூழல் நேயமானது -- இது ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு வெப்பச் சக்திக்கு குறைவான கரிமவாயு உமிழ்வைக் கொடுக்கின்றது, அதாவது வெளியேற்றப்படும் ஒவ்வொரு கிராம் CO₂ இற்கும் அதிக ஆற்றல் திறன்.
பூரணதகனம் நடைபெறுகின்றதெனக் கொண்டு பின்வரும் எரிபொருளைப் பயன்படுத்தி 100 kJ வெப்பம் உண்டாக்கப்படும் போது காலப்படும் CO₂ இன் அளவை (மூல்கள்) கணிக்க (புரப்பேன், பியூற்றேன் இரண்டினதும் தகன வெப்பவுள்ளுறைகள் முறையே −2222, −2880 kJmol⁻¹ எனக் கொள்க).
1. புறப்பேன். 2. பியூற்றேன்.
V. எந்த எரிபொருள் கூடுதலாகச் சூழல் ரீதியில் நேயமானது.
2. பியூற்றேன்: தேவையான மூல்கள் = 100/2880 = 0.03472 mol. CO₂ உருவாக்கம் (4:1 விகிதம்) = 4×0.03472 = 0.1389 mol.
V. ஒரே அளவு வெப்பத்திற்கு (100kJ) புரப்பேன் குறைவான CO₂ ஐ வெளியிடுகின்றது (0.1350mol vs 0.1389mol) -- எனவே புரப்பேன் கூடுதலாகச் சூழல் ரீதியில் நேயமானது (இது முந்திய பாடத்தில் -- 2013/ess/10(c) -- கிடைத்த அதே முடிவையே மீண்டும் உறுதிப்படுத்துகின்றது, வேறு வெப்ப அளவு பயன்படுத்தப்பட்டாலும்).
மென்னமிலம் HA யின் கூட்டற்பிரிகைக்கான வெப்பவுள்ளுறை, எந்திரப்பி தரவுகள் கீழே தரப்பட்டுள்ளன.
| வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் kJ mol⁻¹ | எந்திரப்பி மாற்றம் J K⁻¹ mol⁻¹ | |
|---|---|---|
| HA(aq) → A⁻(aq) + H⁺(aq) | ΔH₁=1.0 | ΔS₁=95.0 |
| A⁻(g) → A⁻(aq) | ΔH₂=−200.0 | ΔS₂=−2000.0 |
| H⁺(g) → H⁺(aq) | ΔH₃=−1100.0 | ΔS₃=−1200.0 |
| HA(g) → HA(aq) | ΔH₄=−150.0 | ΔS₄=−100.0 |
(ii) வாயு அவத்தையில் HA இன் கூட்டற்பிரிகைக்கான பின்வருவனவற்றைக் கணிக்க. I. வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம். II. எந்திரப்பி மாற்றம். III. 300K இல் கிப்ஸ் சக்தி மாற்றம்.
(iii) 300K இல் வாயு அவத்தையில் HA இன் கூட்டற் பிரிகையின் சுயாதீனத்தன்மை பற்றி கருத்துத் தெரிவிக்க.
(iv) 300K இல் நீர் அவத்தையில் HA இன் கூட்டற்பிரிகைக்கான கிப்ஸ் சக்தி மாற்றத்தைக் கணிக்க.
(v) வாயு அவத்தையில் HA இன் கூட்டற் பிரிகைக்கான கிப்ஸ் சக்தி மாற்றமானது, நீர் அவத்தையில் அதன் கூட்டற்பிரிகைக்கான கிப்ஸ் சக்தி மாற்றத்திற்கு எவ்வெப்பநிலையில் சமமாகும்? குறிப்பு: ΔH, ΔS என்பன வெப்பநிலையைச் சாராதவை எனக் கருதுக.
(ii) ஹெஸ் விதி மூலம் இலக்கு = ΔH₄ + ΔH₁ − ΔH₂ − ΔH₃ (HA(g)→HA(aq)→A⁻(aq)+H⁺(aq), பின்னர் A⁻(aq)→A⁻(g) மற்றும் H⁺(aq)→H⁺(g) என நிலைமாற்றங்களை மீளப்பயன்படுத்தி):
I. ΔH(வாயு) = (−150.0)+(1.0)−(−200.0)−(−1100.0) = −150+1+200+1100 = +1151.0 kJ mol⁻¹.
II. ΔS(வாயு) = (−100.0)+(95.0)−(−2000.0)−(−1200.0) = −100+95+2000+1200 = +3195.0 J K⁻¹ mol⁻¹.
III. ΔG(வாயு,300K) = ΔH−TΔS = 1151.0−300×3195.0/1000 = 1151.0−958.5 = +192.5 kJ mol⁻¹.
(iii) ΔG(வாயு,300K)=+192.5kJmol⁻¹ (பெரிய நேர்மறை) என்பதால், வாயு அவத்தையில் HA இன் கூட்டற்பிரிகை 300K இல் சுயாதீனமற்றது (non-spontaneous) -- வாயு நிலையில் HA மூலக்கூறு மிகவும் நிலைப்புத்தன்மையானது, பிரிகையடையாது.
(iv) இது நேரடியாக ΔH₁,ΔS₁ இலிருந்தே கிடைக்கும் (HA(aq)→A⁻(aq)+H⁺(aq)):
ΔG(நீர்,300K) = ΔH₁−TΔS₁ = 1.0−300×95.0/1000 = 1.0−28.5 = −27.5 kJ mol⁻¹ (எதிர்மறை -- நீரில் HA இன் பிரிகை சுயாதீனமானது, இது உண்மையான அமில-கார வேதிவியலுக்கு இசைவானது: அமிலங்கள் நீரில் பிரிகையடைவது இயல்பானது, ஆனால் தனித்த வாயு மூலக்கூறாக அல்ல).
(v) இரு ΔG கோவைகளையும் சமப்படுத்துக (ΔH,ΔS வெப்பநிலையைச் சாராதவை எனக் கருதி):
ΔH(வாயு)−TΔS(வாயு)/1000 = ΔH₁−TΔS₁/1000
1151.0 − 3.195T = 1.0 − 0.095T
1151.0−1.0 = 3.195T−0.095T
1150.0 = 3.100T
T = 1150.0/3.100 = ≈371 K (இவ்வெப்பநிலையில் இரு அவத்தைகளிலும் கூட்டற்பிரிகைக்கான கிப்ஸ் சக்தி மாற்றங்கள் சமமாகும்).
பின்வரும் தாக்கங்களைக் கருதுக. தரப்பட்டுள்ள வெப்பவியக்கத் தரவுகள் நியம நிலைக்குரியன அல்ல.
| தாக்கம் | ΔH/kJmol⁻¹ | ΔS/JK⁻¹mol⁻¹ |
|---|---|---|
| C(s) + H₂O(g) → CO(g) + H₂(g) | 130 | 140 |
| CO₂(g) + H₂(g) → CO(g) + H₂O(g) | 40 | 50 |
(ii) மேலே பகுதி (i) இல் குறிப்பிட்ட தாக்கம் 27°C இல் சுயமாக நிகழுமா எனப் பொருத்தமான கணிப்பைப் பயன்படுத்தி எதிர்வுகூறுக.
−Eq(A): CO(g)+H₂(g)→C(s)+H₂O(g). −Eq(B): CO(g)+H₂O(g)→CO₂(g)+H₂(g).
கூட்டி H₂O,H₂ ஐ இருபுறமும் நீக்கினால்: 2CO(g) → C(s) + CO₂(g) (இலக்கு, சரியாகப் பொருந்துகின்றது).
ΔH(இலக்கு) = −(ΔHA+ΔHB) = −(130+40) = −170 kJ mol⁻¹.
ΔS(இலக்கு) = −(ΔSA+ΔSB) = −(140+50) = −190 J K⁻¹ mol⁻¹.
குறி இணக்கம்: ஆம், ΔS எதிர்மறையாக இருப்பது தாக்கத்துடன் இணங்குகின்றது -- தாக்கியாக 2 மூல் வாயு (CO) இருந்து, விளைபொருளாக 1 மூல் வாயு (CO₂) மட்டுமே எஞ்சுவதோடு 1 மூல் திண்மமும் (C) உருவாகின்றது; மொத்த வாயு மூல்கள் குறைவதும், ஒரு திண்மப் பொருள் (குறைந்த சீரின்மை உடையது) உருவாவதும் தொகுதியின் ஒட்டுமொத்த சீரின்மையை/எந்திரப்பியைக் குறைக்க வேண்டும் -- இது எதிர்மறை ΔS உடன் இசைவானது.
(ii) 27°C = 300K. ΔG = ΔH−TΔS = −170 − 300×(−190)/1000 = −170−(−57) = −170+57 = −113 kJ mol⁻¹.
ΔG எதிர்மறையாக இருப்பதால், இத்தாக்கம் 27°C இல் சுயமாக நிகழும் (spontaneous) என எதிர்வு கூறப்படுகின்றது (இது உண்மையான போட்வூயார்டு தாக்கத்தின் -- C+CO₂⇌2CO -- நடத்தையுடன் இசைவானது: குறைந்த வெப்பநிலைகளில் 2CO→C+CO₂ திசையே சாதகமானது).
2NaHCO₃(s) → Na₂CO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g) எனும் தாக்கத்தின் நியம வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் (ΔHᴛ) ஐத் துணிவதற்கு இரு படிமுறைகளைக் (I,II) கொண்ட பின்வரும் பரிசோதனை அறை வெப்பநிலையில் நடாத்தப்பட்டது.
படிமுறை I: 1.0 moldm⁻³ HCl அமிலக் கரைசலின் 100.00 cm³ இற்கு NaHCO₃(s) இன் 0.08 mol சேர்க்கப்பட்டது. உச்ச வெப்பநிலை வீழ்ச்சி 5.0°C என அறியப்பட்டது. [தாக்கம்: NaHCO₃(s)+HCl(aq)→Na⁺(aq)+Cl⁻(aq)+H₂O(l)+CO₂(g)]
படிமுறை II: 1.0moldm⁻³ HCl அமிலக்கரைசலின் 100.00cm³ இற்கு Na₂CO₃(s) இன் 0.04 mol சேர்க்கப்பட்டது. உச்ச வெப்பநிலை உயர்ச்சி 3.5°C என அறியப்பட்டது. [தாக்கம்: Na₂CO₃(s)+2HCl(aq)→2Na⁺(aq)+2Cl⁻(aq)+H₂O(l)+CO₂(g)]
HCl அமிலக் கரைசலின் தன்வெப்பக் கொள்ளளவும் அடர்த்தியும் முறையே 4.0 Jg⁻¹K⁻¹ உம் 1.0 gcm⁻³ உம் ஆகும் (திண்மங்களைச் சேர்த்த பின்னர் மாற்றங்கள் புறக்கணிக்கத்தக்கன).
(i) மேற்படி I ஆம் II ஆம் படிமுறைகளில் தரப்பட்டுள்ள தாக்கங்களின் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றங்களைக் (kJ mol⁻¹ இல்) கணிக்க.
(ii) மேலே (i) இல் கிடைக்கப்பெற்ற பெறுமானங்களையும் ஒரு வெப்ப இரசாயனச் சக்கரத்தையும் பயன்படுத்தி, 2NaHCO₃(s) → Na₂CO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g) எனும் தாக்கத்தின் ΔHᴛ ஐக் கணிக்க.
(iii) தாக்கமொன்றின் வெப்ப மாற்றம் எந்நிலைமையின் கீழ் அதன் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றத்திற்குச் சமமாகும் என்பதைக் குறிப்பிடுக.
(iv) மேற்படி பரிசோதனை நடைமுறையில் ஏற்படும் வழுக்களுக்கான மூல காரணங்கள் இரண்டை இனங்காண்க.
படிமுறை I: q=mcΔT=100.00×4.0×5.0=2000J=2.0kJ (வீழ்ச்சி ∴ உட்கிரகிக்கப்பட்டது, எண்டோதேர்மிக்). HCl=0.100mol, NaHCO₃=0.08mol (1:1, NaHCO₃ வரையறுக்கும் தாக்கி, முழுமையாகத் தாக்கமடைகின்றது).
ΔH(I) = +2.0/0.08 = +25.0 kJ mol⁻¹.
படிமுறை II: q=100.00×4.0×3.5=1400J=1.4kJ (உயர்ச்சி ∴ வெளியேற்றப்பட்டது, எக்ஸோதேர்மிக்). HCl=0.100mol, Na₂CO₃=0.04mol (1:2 விகிதத்தில் 0.08mol HCl தேவை, Na₂CO₃ வரையறுக்கும் தாக்கி).
ΔH(II) = −1.4/0.04 = −35.0 kJ mol⁻¹.
(ii) ஹெஸ் விதி: இலக்கு = 2×படிமுறை I + (தலைகீழான படிமுறை II) -- 2NaHCO₃(s)+2HCl(aq)→... கூட்டி பொதுவான Na⁺,Cl⁻,H₂O,CO₂ சொற்களை நீக்கினால் சரியாக 2NaHCO₃(s)→Na₂CO₃(s)+H₂O(l)+CO₂(g) கிடைக்கின்றது.
ΔHᴛ = 2×ΔH(I) + [−ΔH(II)] = 2×25.0 + [−(−35.0)] = 50.0+35.0 = +85.0 kJ mol⁻¹.
(இது இலக்கியத்தில் அறியப்பட்ட NaHCO₃ வெப்பப் பிரிகை மதிப்புகளுடன் -- நீர் திரவமாக இருக்கும்போது ≈+85 kJmol⁻¹் அளவில் -- மிக நெருக்கமாகப் பொருந்துகின்றது).
(iii) தாக்கமொன்றின் வெப்ப மாற்றம், அது மாறா அமுக்கத்தில் (constant pressure) நடைபெறும்போது அதன் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றத்திற்குச் (ΔH) சமமாகும் (qp=ΔH, திறந்த/வளிமண்டல அமுக்கக் கலோரிமீற்றரில் நடைபெறும் ஒரு பரிசோதனை போன்று).
(iv) 1. சூழலுக்கு வெப்ப இழப்பு -- கலோரிமீற்றர்/கரைசல் பாத்திரம் முழுமையாகக் காப்புறுத்தப்படாதிருத்தல் (சில வெப்பம் சுற்றுப்புறத்துடன் பரிமாறப்பட்டு, அளந்த ΔT உண்மையான மதிப்பை விடக் குறைவாக இருக்கச் செய்யும்). 2. பாத்திரத்தின் சொந்த வெப்பக் கொள்ளளவு புறக்கணிக்கப்படுதல் -- கணிப்பில் கரைசலின் வெப்பக் கொள்ளளவு மாத்திரமே பயன்படுத்தப்பட்டது, பாத்திரமும் வெப்பத்தை உறிஞ்சுவதைக் கணக்கில் கொள்ளவில்லை (அத்துடன் திண்மம் கரையும்போது கனவளவு/அடர்த்தி மாற்றங்களைப் புறக்கணித்தலும் ஒரு சிறிய கூடுதல் வழுவாகும்).
(c) வெப்ப இரசாயனச் சக்கரங்களையும் அட்டவணையில் தரப்பட்ட தரவுகளையும் உதவியாகக் கொண்டு பின்வரும் வினாக்களுக்கு விடை எழுதுக.
| இனம் | நியமத் தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை (ΔHᴛf) (kJmol⁻¹) |
|---|---|
| M(s) | 0.0 |
| M(g) | 800.0 |
| O₂(g) | 0.0 |
| O(g) | 249.2 |
| MO₂(g) | −400.0 |
(ii) MO(g) இல் M−O பிணைப்பின் கூட்டற் பிரிகை வெப்பவுள்ளுறையைக் கணிக்க.
(iii) MO₂(g) இல் M−O பிணைப்பின் சராசரிக் கூட்டற் பிரிகை வெப்பவுள்ளுறையைக் கணிக்க.
(iv) பொருத்தமான கணிப்பீட்டைச் செய்துகாட்டுவதன் மூலம், 2000 K இலும் நியம நிலைமைகளிலும் MO₂(g) → MO(g) + ½ O₂(g) எனும் தாக்கம் சுயமாக நடைபெறுமா என்பதை எதிர்வுகூறுக. இத்தாக்கத்தின் நியம எந்திரப்பி மாற்றம் 30.0 JK⁻¹mol⁻¹ ஆகும்.
−50.0 = (−400.0) − [ΔHᴛf(MO)+0] ⇒ ΔHᴛf(MO) = −400.0+50.0 = −350.0 kJ mol⁻¹.
(ii) MO(g)→M(g)+O(g) (பிணைப்புப் பிரிகை):
ΔHᴛ(பிரிகை) = [ΔHᴛf(M,g)+ΔHᴛf(O,g)] − ΔHᴛf(MO,g) = [800.0+249.2]−(−350.0) = 1049.2+350.0 = 1399.2 kJ mol⁻¹.
(iii) MO₂(g)→M(g)+2O(g) (இரு M−O பிணைப்புகளையும் உடைத்தல்):
ΔHᴛ(அணுவாக்கம்) = [ΔHᴛf(M,g)+2ΔHᴛf(O,g)] − ΔHᴛf(MO₂,g) = [800.0+2(249.2)]−(−400.0) = [800.0+498.4]+400.0 = 1698.4 kJ (2 பிணைப்புகளுக்கு).
சராசரி M−O பிணைப்பு = 1698.4/2 = 849.2 kJ mol⁻¹.
(iv) (i) இன் தாக்கத்தைத் தலைகீழாக்குக: MO₂(g)→MO(g)+½O₂(g), ΔHᴛ = −(−50.0) = +50.0 kJ mol⁻¹.
ΔGᴛ(2000K) = ΔHᴛ−TΔSᴛ = 50.0 − 2000×30.0/1000 = 50.0−60.0 = −10.0 kJ mol⁻¹.
ΔGᴛ எதிர்மறையாக இருப்பதால், MO₂(g)→MO(g)+½O₂(g) எனும் தாக்கம் 2000K இல் நியம நிலைமைகளின் கீழ் சுயமாக நடைபெறும் (spontaneous) என எதிர்வு கூறப்படுகின்றது (குறைந்த வெப்பநிலைகளில் ΔH இன் நேர்மறை மதிப்பே ஆதிக்கம் செலுத்தி சுயாதீனமற்றதாக இருந்திருக்கும், ஆனால் இவ்வளவு உயர்ந்த 2000K வெப்பநிலையில் TΔS உறுப்பு பெரிதாகி ΔG ஐ எதிர்மறையாக்குகின்றது).
நீரில் MX(s) இன் கரைதலுடன் தொடர்புபட்ட வெப்ப மாற்றத்தைக் கணிப்பதற்கு படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ள ஒழுங்கமைப்பு பயன்படுத்தப்பட்டது. காய்ச்சி வடித்த நீரின் 100.00 cm³ ஆனது கிண்ணத்தில் சேர்க்கப்பட்டது. அதன் தொடக்க வெப்பநிலை 25.0°C என அளக்கப்பட்டது. பின்னர் MX(s) இன் 0.10 mol நீருடன் சேர்க்கப்பட்டுத் தொடர்ச்சியாகக் கலக்கப்பட்டது. கரைசலின் வெப்பநிலை படிப்படியாகக் குறைவதாக அவதானிக்கப்பட்டது; அளக்கப்பட்ட மிகக் குறைந்த வெப்பநிலை 17.0°C ஆக இருந்தது. பயன்படுத்திய நீரின் அளவு MX(s) ஐ முற்றாகக் கரையச் செய்வதற்குப் போதுமானதாக இருந்தது. நீரின் அடர்த்தியும் தன்வெப்பக் கொள்ளளவும் முறையே 1.00 g cm⁻³, 4.20 J g⁻¹°C⁻¹ ஆகும். MX(s) கரைவதனால் நீரின் அடர்த்தியும் தன்வெப்பக் கொள்ளளவும் மாறுவதில்லையெனக் கொள்க.
(i) தொகுதியை (கரைசல்) மறுபடியும் 25.0°C இற்குக் கொண்டுவருவதற்கு வழங்க வேண்டிய வெப்பத்தின் அளவைக் கணிக்க.
(ii) நீரில் MX(s) கரைதல் ஓர் அகவெப்பச் செயன்முறையா, புறவெப்பச் செயன்முறையா? உமது விடையை விளக்குக.
(iii) MX(s) + H₂O(l) → M⁺(aq) + X⁻(aq) எனும் தாக்கத்துடன் தொடர்புபட்ட வெப்பவுள்ளுறை மாற்றத்தை (kJmol⁻¹ இல்) கணிக்க.
(iv) 200.00 cm³ நீரைப் பயன்படுத்தி இப்பரிசோதனை செய்யப்பட்டால், வெப்பநிலை மாற்றம் மேற்குறித்த பெறுமானத்திலும் கூடியதாக இருக்குமென நீர் எதிர்பார்க்கின்றீரா? உமது விடையை விளக்குக.
(v) தொகுதியின் (கரைசலின்) வெப்பநிலை மாறும் விதத்தை வெப்பநிலை−நேர வளையியை வரைவதன் மூலம் காட்டுக. குறிப்பு: இறுதியில் தொகுதி அறை வெப்பநிலைக்கு (25.0°C) வருகின்றது.
q = mcΔT = 100.00×4.20×8.0 = 3360 J = 3.36 kJ (தொகுதியை மீண்டும் 25.0°C இற்குக் கொண்டுவர இவ்வளவு வெப்பம் வழங்கப்பட வேண்டும்).
(ii) கரைசலின் வெப்பநிலை (25.0→17.0°C) குறைந்தது என்பதால், கரைதல் நீரிலிருந்து வெப்பத்தை உட்கிரகித்தது -- எனவே இது ஓர் அகவெப்பச் செயன்முறை (endothermic) ஆகும்.
(iii) கரைதலால் உட்கிரகிக்கப்பட்ட வெப்பம் = 3.36 kJ (சக்தி பேணல் விதியின்படி, நீர் இழந்த வெப்பமே கரைதலால் உட்கிரகிக்கப்பட்டது), 0.10 mol MX க்கு:
ΔH = +3.36/0.10 = +33.6 kJ mol⁻¹ (நேர்மறை, அகவெப்பமாக இருப்பதால்).
(iv) இல்லை, வெப்பநிலை மாற்றம் அதிகமாக இருக்குமென எதிர்பார்க்கவில்லை -- மாறாக அது குறைவாகவே இருக்கும் (சுமார் பாதியாக, ≈4.0°C). அதே 0.10 mol MX கரையும்போது உட்கிரகிக்கப்படும் வெப்பம் (q=+3.36kJ, ΔH ஒரு தீவிரப் பண்பு அல்லாத மூலப்பொருள் அளவைச் சார்ந்திராததால் மாறாது) இப்போது இரு மடங்கு நீர்த் திணிவில் (200.00g) பரவுகின்றது. q=mcΔT இல் q,c மாறாதிருக்க m இரட்டிப்பாகும்போது, ΔT=q/(mc) பாதியாகக் குறைகின்றது.
(v) வளையியின் வடிவம் (விபரம், வரையமுடியாது): t=0 இல் 25.0°C இலிருந்து தொடங்கி, MX சேர்க்கப்பட்டு கலக்கப்படும் குறுகிய காலப்பகுதியில் வளையி கூர்மையாகக் குறைந்து ஒரு குறைந்தபட்ச மதிப்பை (≈17.0°C அல்லது அதற்கும் குறைவாக, உண்மையான உடனடி மதிப்பு) அடைகின்றது; அதன் பின்னர், சூழலிலிருந்து (வெப்பமான அறைக் காற்றிலிருந்து) வெப்பம் மெதுவாக உள்ளே கசிவதால் வளையி படிப்படியாக மேலெழும்பி, காலப்போக்கில் அறை வெப்பநிலையை (25.0°C) நெருங்கி இறுதியில் அதனுடன் சமமாகி தட்டையாகின்றது (t→∞ இல் வெப்ப சமநிலை அடையப்படுகின்றது).
(vi) பிளாத்திக் ஒரு மோசமான வெப்பக் கடத்தி (நல்ல வெப்பக் காப்பான்), ஆனால் உலோகம் ஒரு நல்ல வெப்பக் கடத்தி. உலோகக் கிண்ணம் பயன்படுத்தப்பட்டால், கிண்ணச் சுவர் வழியாகக் கரைசலுக்கும் சுற்றுப்புறத்திற்குமிடையே கணிசமான வெப்பப் பரிமாற்றம் ஏற்பட்டு, கரைதலால் மாத்திரம் ஏற்படும் உண்மையான வெப்ப மாற்றத்தைத் துல்லியமாக அளவிட முடியாமல் போகும். பிளாத்திக் கிண்ணம் இவ்வெப்ப இழப்பைக் குறைத்து, செயன்முறையை (adiabatic) நிலைமைக்கு நெருக்கமாக வைத்திருக்கின்றது.
(vii) T=25.0+273=298K. ΔG=ΔH−TΔS ⇒ −26.0 = 33.6 − 298×ΔS/1000
298×ΔS/1000 = 33.6−(−26.0) = 59.6 ⇒ ΔS = 59600/298 = +200.0 J K⁻¹ mol⁻¹ (துல்லியமாக).
(நேர்மறை -- திண்ம லாற்றிசு உடைந்து சுயாதீனமாக நகரும் நீரேற்றப்பட்ட அயன்களாக மாறுவது சீரின்மையை அதிகரிக்கின்றது, இது உண்மையான கரைதல் வேதிவியலுக்கு இசைவானது).
(viii) கரைதல் அகவெப்பமானது (ΔH=+33.6kJmol⁻¹, மேலே). லீ சற்றலியர் தத்துவப்படி, வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது தொகுதி வெப்பத்தை உட்கிரகிக்கும் திசையை (அதாவது கரைதலையே) ஆதரிக்கும். எனவே வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது MX(s) இன் கரைதிறன் அதிகரிக்குமென எதிர்பார்க்கப்படுகின்றது.
மேலே (a) இல் விவரிக்கப்பட்ட தாக்கம் XY₂Z₂(g) → XY₂(g) + Z₂(g) இற்கு 480K இல் XY₂Z₂(g), XY₂(g), Z₂(g) ஆகியவற்றின் கிப்ஸ் சுயாதீனச் சக்திகள் (G) முறையே −60 kJmol⁻¹, −76 kJmol⁻¹, −30 kJmol⁻¹ ஆகும்.
(i) 480 K இல் தாக்கத்தின் ΔG ஐ (kJmol⁻¹ இல்) கணிக்க.
(ii) மேற்குறித்த தாக்கத்தில் 480 K இல் ΔS இன் பருமன் 150 JK⁻¹mol⁻¹ ஆகும். ΔS இன் சரியான குறியைப் (− அல்லது +) பயன்படுத்தி 480 K இல் தாக்கத்தின் ΔH ஐக் கணிக்க.
(iii) மேலே (ii) இற் பெற்ற ΔH இன் குறியை (− அல்லது +) பயன்படுத்தி இத்தாக்கம் புறவெப்பத் தாக்கமா, அகவெப்பத் தாக்கமா என விளக்குக.
(iv) 480 K இல் XY₂(g), Z₂(g) ஆகியவற்றிலிருந்து XY₂Z₂(g) உண்டாகும்போது வெப்பவுள்ளுறை மாற்றத்தை உய்த்தறிக.
(v) XY₂Z₂(g) இல் X−Z பிணைப்பின் பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறை +250 kJmol⁻¹ எனின், Z−Z பிணைப்பின் பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறையைக் கணிக்க. (XY₂Z₂(g) இன் கட்டமைப்பு Z−X−Z ஆகவும், X இற்கு 2 Y மேலதிகமாகப் பிணைக்கப்பட்டிருப்பதாகவும் கொள்வோம்.)
(vi) வாயுநிலையில் உள்ள XY₂Z₂ இற்குப் பதிலாகத் திரவ XY₂Z₂ பயன்படுத்தப்படுமெனின், தாக்கம் XY₂Z₂(l) → XY₂(g) + Z₂(g) இற்குக் கிடைக்கும் ΔH இன் பெறுமானம் மேலே (ii) இற் பெற்ற ΔH இன் பெறுமானத்திற்குச் சமமானதா, பெரியதா, சிறியதா எனக் காரணங்கள் தந்து விளக்குக.
(ii) XY₂Z₂(g)→XY₂(g)+Z₂(g) என்பது 1 மூல் வாயு → 2 மூல் வாயு (வாயு மூல்கள் அதிகரிக்கின்றன) என்பதால், சீரின்மை/எந்திரப்பி அதிகரிக்க வேண்டும் ∴ ΔS = +150 JK⁻¹mol⁻¹ (நேர்மறை).
ΔG=ΔH−TΔS ⇒ −46 = ΔH−480×150/1000 = ΔH−72 ⇒ ΔH = −46+72 = +26 kJ mol⁻¹.
(iii) ΔH=+26kJmol⁻¹ (நேர்மறை) என்பதால், இத்தாக்கம் அகவெப்பத் தாக்கமாகும் (endothermic).
(iv) இது தரப்பட்ட தாக்கத்தின் தலைகீழ் தாக்கம்: XY₂(g)+Z₂(g)→XY₂Z₂(g), ΔH = −(+26) = −26 kJ mol⁻¹ (எக்ஸோதேர்மிக்).
(v) XY₂Z₂(g)→XY₂(g)+Z₂(g) இல் உடையும் பிணைப்புகள்: 2×(X−Z) (Z−X−Z கட்டமைப்பில் உள்ள இரு X−Z பிணைப்புகள்). உருவாகும் பிணைப்பு: 1×(Z−Z) (Z₂ உருவாக). X=Y பிணைப்புகள் மாற்றமின்றித் தொடர்கின்றன.
ΔH = உடைந்தவை − உருவானவை: 26 = 2(250) − BE(Z−Z) = 500−BE(Z−Z)
BE(Z−Z) = 500−26 = 474 kJ mol⁻¹.
(vi) XY₂Z₂(l)→XY₂(g)+Z₂(g) என்பது XY₂Z₂(l)→XY₂Z₂(g) (ஆவியாதல், மேலதிகமான ஒரு நேர்மறை (எண்டோதேர்மிக்) படி, ΔHvap>0) பின்னர் XY₂Z₂(g)→XY₂(g)+Z₂(g) ((ii) இல் கிடைத்த +26kJmol⁻¹) என இரு படிகளின் கூட்டுத்தொகையாகும்.
ΔH(திரவத்திலிருந்து) = ΔHvap + 26 > 26. எனவே இது (ii) இல் பெற்ற பெறுமானத்தை விடப் பெரியது -- ஆவியாதலுக்குத் தேவைப்படும் கூடுதல் ஆற்றலும் சேர்த்து உட்கிரகிக்கப்பட வேண்டும்.
4CH₄(g)+O₂(g)→2C₂H₆(g)+2H₂O(g) எனும் தாக்கத்திற்கு, தரப்பட்ட ΔH°f, S° மதிப்புகளைப் பயன்படுத்தி (kJ/mol, J/mol·K): CH₄:-74.8,186.3; C₂H₆:-84.7,229.6; CO₂:-393.5,213.7; H₂O(g):-214.8,188.8; C(s):0,5.7; O₂:0,205.1; H₂:0,130.7:
(i) ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் சக்கரத்தைப் பயன்படுத்தி, மேற்குறித்த தாக்கத்திற்கான நியம வெப்பவுள்ளுறை மாற்றத்தைக் (ΔH°) கணிக்க.
(ii) மேலே (b)(i) இன் தாக்கத்திற்கான நியம எந்திரப்பி மாற்றத்தை (ΔS°) கணிக்க.
(iii) 500 K இல் மேலே (b)(i) இன் தாக்கத்திற்கான நியம கிப்ஸின் சக்தி மாற்றத்தை (ΔG°) கணிக்க.
(iv) வெப்பநிலை அதிகரிப்பானது மேலே (b)(i) இல் தரப்பட்டுள்ள தாக்கத்திற்குச் சாதகமாக அமையுமா என்பதைக் காரணங்கள் தந்து குறிப்பிடுக (ΔH,ΔS வெப்பநிலையைச் சார்ந்திருக்காது எனக் கொள்க).
ΔH° = Σ ΔH°f(விளைபொருட்கள்) − Σ ΔH°f(வினைபடுபொருட்கள்) = [2(-84.7)+2(-214.8)] − [4(-74.8)+0] = [-169.4-429.6] − [-299.2] = -599.0+299.2 = -299.8 kJ mol⁻¹.
(ii) ΔS° = Σ S°(விளைபொருட்கள்) − Σ S°(வினைபடுபொருட்கள்) = [2(229.6)+2(188.8)] − [4(186.3)+1(205.1)] = [459.2+377.6] − [745.2+205.1] = 836.8-950.3 = -113.5 J mol⁻¹K⁻¹.
(iii) ΔG° = ΔH° − TΔS° = -299.8 kJ mol⁻¹ − (500K×(-113.5×10⁻³) kJ mol⁻¹K⁻¹) = -299.8+56.75 = -243.05 kJ mol⁻¹.
(iv) இல்லை, வெப்பநிலையை அதிகரித்தல் முன்முக தாக்கிற்குத் துணை புரியாது -- தாக்கம் ஒரு எதிர்மறை எந்திரப்பி மாற்றத்தை (ΔS°=-113.5 J/mol·K) கொண்டது (5 மூல் வாயு→4 மூல் வாயு, சீரின்மை குறைகிறது). ΔG°=ΔH°-TΔS° இல், ΔS° எதிர்மறையாக இருப்பதால், T அதிகரிக்கும்போது -TΔS° உறுப்பு மேலும் நேர்மறையாகி, ΔG° குறைவான எதிர்மறையாகும் (குறைந்த தன்னெழுச்சித்தன்மை) -- எனவே வெப்பநிலை அதிகரிப்பு இத்தாக்கத்திற்கு சாதகமற்றது.
2NaHCO₃(s) → Na₂CO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g) வினையின் நிலைமான வெப்பமாற்றத்தை (ΔH°) தீர்மானிக்க, அறை வெப்பநிலையில் பின்வரும் இரு படிகள் (I, II) கொண்ட ஓர் ஆய்வு மேற்கொள்ளப்பட்டது.
படி I: 0.08 mol NaHCO₃(s) 100.00 cm³ 1.0 mol dm⁻³ HCl கரைசலுடன் ஒரு பீக்கரில் சேர்க்கப்பட்டது. ஆகக் கூடிய வெப்பநிலைக் குறைவு 5.0°C எனக் காணப்பட்டது.
படி II: 0.04 mol Na₂CO₃(s) 100.00 cm³ 1.0 mol dm⁻³ HCl கரைசலுடன் ஒரு பீக்கரில் சேர்க்கப்பட்டது. ஆகக் கூடிய வெப்பநிலை உயர்வு 3.5°C எனக் காணப்பட்டது.
(HCl கரைசலின் மாறா அமுக்க வெப்பக்கொள்ளளவு, அடர்த்தி முறையே 4.0 J g⁻¹K⁻¹, 1.0 g cm⁻³.)
(i) படிகள் I, II இல் தரப்பட்ட வினைகளின் வெப்பமாற்றங்களை (kJ mol⁻¹ இல்) கணிக்க. (ii) (i) இல் பெறப்பட்ட பெறுமானங்களையும் ஒரு வெப்பச் சக்கரத்தையும் பயன்படுத்தி 2NaHCO₃(s)→Na₂CO₃(s)+H₂O(l)+CO₂(g) வினையின் ΔH° ஐக் கணிக்க. (iii) வினையொன்றின் வெப்ப மாற்றம் அதன் வெப்பமாற்ற (ΔH) விற்குச் சமமாகும் நிலைமையைக் குறிப்பிடுக. (iv) மேற்படி பரிசோதனை நடைமுறையில் இரு பிழை மூலங்களை இனங்காண்க.
1 mol NaHCO₃ இற்கு: Q/0.08mol=25 kJ mol⁻¹. வெப்பநிலை குறைந்தமையால் (கரைசல் வெப்பத்தை இழந்தது, வினை வெப்பத்தை உட்கிரகித்தது) -- ΔH = +25 kJ mol⁻¹ (உட்சூட்டு).
படி II: Na₂CO₃(s)+2HCl(aq)→2NaCl(aq)+CO₂(g)+H₂O(l). Q=100g×4.0×3.5=1400J=1.4kJ.
0.04 mol Na₂CO₃ இற்கு: Q/0.04mol=35 kJ mol⁻¹. வெப்பநிலை உயர்ந்தமையால் (வெப்பமிகு) -- ΔH = −35 kJ mol⁻¹.
(ii) வெப்பச் சக்கரம் (Hess விதி): 2HCl(aq)+2NaHCO₃(s) --ΔH₁--> Na₂CO₃(s)+CO₂(g)+H₂O(l)+2HCl(aq); இதே தொடக்க/இறுதி நிலைகளை 2NaCl(aq)+2CO₂(g)+2H₂O(l) ஊடாக (ΔH₂ படி I வழி, ΔH₃ படி II வழி) அடையலாம்.
ΔH₁ = ΔH₂ − ΔH₃ = (25×2) − (−35) = 50+35 = +85 kJ mol⁻¹.
(iii) மாறா அமுக்கத்தில் (constant pressure) வெப்பமாற்றம் ΔH இற்குச் சமமாகும்.
(iv) சாத்தியமான பிழை மூலங்கள் (ஏதேனும் இரண்டு): கலோரிமானி பயன்படுத்தப்படாமை (சுற்றுச்சூழலுக்கு வெப்ப இழப்பு); திண்மங்களின் (NaHCO₃/Na₂CO₃) பிரிக மென் வெப்பவுள்ளூறை புறக்கணிக்கப்பட்டமை; சுற்றுச்சூழலுக்கு வெப்ப இழப்பு.
44. 🟢 2016/P1/Q14 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
எத்திலீன், C₂H₄(g) இன் எரிபவை பின்வரும் வினையில் காட்டப்பட்டுள்ளது: C₂H₄(g)+3O₂(g)→2CO₂(g)+2H₂O(g), ΔH=−1323 kJ mol⁻¹. வினை H₂O(g) இற்குப் பதிலாக H₂O(l) தந்தால் ΔH (kJ mol⁻¹ இல்) இன் பெறுமானம் யாது? (H₂O(g)→H₂O(l) இற்கான ΔH = −44 kJ mol⁻¹)
(1) −1323 (2) −1367 (3) −1411 (4) −1235 (5) −1279
விடை: (3).
2 mol H₂O(g) திரவமாக்கப்படும்போது கூடுதல் ΔH = 2×(−44) = −88 kJ.
மொத்த ΔH = −1323 + (−88) = −1411 kJ mol⁻¹.
எனவே (5).
45. 🟢 2016/P1/Q23 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
திண்ம அம்மோனியம் குளோரைட்டு, NH₄Cl(s) 25°C இல் நீரில் கரைக்கப்படும்போது கரைசலின் வெப்பநிலை குறைகின்றது. இச்செயன்முறையின் ΔH°, ΔS° பற்றி பின்வருவனவற்றுள் சரியானது எது?
ΔH°: (1)நேர் (2)நேர் (3)நேர் (4)எதிர் (5)எதிர். ΔS°: (1)நேர் (2)எதிர் (3)பூச்சியம் (4)நேர் (5)எதிர்.
விடை: (1) -- ΔH° நேர், ΔS° நேர்.
வெப்பநிலை குறைந்தமையால் (கரைசல் சூழலிலிருந்து வெப்பத்தை உட்கிரகித்தது) -- ΔH° நேர் (உட்சூட்டு).
திண்மம் நீரில் அயன்களாகக் கரைவது பொதுவாக ஒழுங்கின்மையை அதிகரிக்கும் (திண்மம்→கரைசல் அயன்கள், அதிக சுதந்திரம்) -- ΔS° நேர் -- இணைந்து ΔG=ΔH−TΔS < 0 (தன்னிச்சையாக நிகழ), TΔS>ΔH தேவை, எனவே ΔS நேராக இருக்க வேண்டும்.
எனவே (1).
46. 🟢 2016/P1/Q37 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
C(s) ஆனது O₂(g) உடன் வினைபுரிந்து 0.40 mol CO₂(g) தந்து, 40 kJ வெப்பத்தை வெளியிடுகின்றது. மேற்படி தொகுதிக்குப் பின்வருவனவற்றுள் சரியானது/சரியானவை எவை/எது? (C=12, O=16)
(a) 1 mol CO₂(g) ஐ C(s)+O₂(g) ஆகச் சிதைக்க 100 kJ வெப்பம் தேவை. (b) 11 g CO₂(g) உருவாக 25 kJ வெப்பம் தேவை. (c) விளைபொருள்களின் வெப்பவுள்ளூறுகளின் கூட்டுத்தொகை வினைபடுபொருள்களினதை விடக் குறைவு. (d) விளைபொருள்களினதது வினைபடுபொருள்களினதை விட அதிகம்.
(1) (a),(b) மாத்திரம் சரி (2) (b),(c) மாத்திரம் சரி (3) (c),(d) மாத்திரம் சரி (4) (d),(a) மாத்திரம் சரி (5) வேறு எண்/சேர்மானம் சரி
விடை: (5) -- (a),(c) மாத்திரம் சரி (எந்த ஜோடி தெரிவுக்குள்ளும் அடங்காது).
per mole: 40kJ/0.40mol = 100 kJ/mol வெளியிடப்படுகின்றது (ΔH=−100 kJ/mol, C+O₂→CO₂).
(a) சரி -- தலைகீழ் (சிதைவு) வினைக்கு Hess விதிப்படி +100 kJ/mol தேவை.
(b) தவறு -- 11g CO₂=0.25mol; உருவாக்கம் வெளியிடும் (வெப்பமிகு), "தேவை" எனல் திசை தவறு (25kJ அளவு சரியாயினும் திசை தவறு).
(c) சரி -- வெப்பமிகு வினையில் விளைபொருள்களின் வெப்பவுள்ளூறு வினைபடுபொருள்களை விடக் குறைவு.
(d) தவறு -- (c) உடன் நேர் முரண்.
(a),(c) சரி -- ஆனால் இது அட்டவணையில் இணையாக இல்லாததால் (5).
47. 🟢 2016/P1/Q46 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
முதலாம் கூற்று: எல்லா தன்னிச்சையான வினைகளும் வெப்பமிகுவானவை.
இரண்டாம் கூற்று: எந்தவொரு வினைக்கும் ΔG = ΔH + TΔS.
(1) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம் (2) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று (3) முதலாம் கூற்று சரி, இரண்டாம் கூற்று தவறு (4) முதலாம் கூற்று தவறு, இரண்டாம் கூற்று சரி (5) இரண்டும் தவறு
விடை: (5) -- இரண்டும் தவறு.
முதலாம் கூற்று தவறு -- பல தன்னிச்சையான வினைகள் உட்சூட்டு (எ.கா. பனிக்கட்டி உருகுதல் 0°C இற்கு மேல், NH₄NO₃ கரைதல்) -- தன்னிச்சைத்தன்மைக்கு ΔG<0 தேவை, ΔH<0 அவசியமில்லை.
இரண்டாம் கூற்று தவறு -- சரியான சூத்திரம் ΔG = ΔH − TΔS (கழித்தல், கூட்டல் அல்ல).
எனவே (5).
பின்வரும் தாக்கங்களைக் கருதுக (தரப்பட்ட வெப்பஇயக்கவியல் தரவுகள் நியம நிலைக்குரியவை அல்ல):
C(s)+H₂O(g)→CO(g)+H₂(g), ΔH=130 kJ mol⁻¹, ΔS=140 J K⁻¹mol⁻¹
CO₂(g)+H₂(g)→CO(g)+H₂O(g), ΔH=40 kJ mol⁻¹, ΔS=50 J K⁻¹mol⁻¹
(i) 2CO(g)→C(s)+CO₂(g) தாக்கத்திற்கான ΔH, ΔS ஐக் கணிக்க. ΔS இன் அடையாளம் நடைபெறும் தாக்கத்துடன் இணங்குகின்றதா எனக் காரணத்துடன் கூறு.
(ii) மேலே பகுதி (i) இல் குறிப்பிட்ட தாக்கம் 27°C இல் தன்னிச்சையானதா எனப் பொருத்தமான கணிப்பைப் பயன்படுத்தி எதிர்வுகூறுக.
ΔH = -130 + (-40) = -170 kJ mol⁻¹. ΔS = -140 + (-50) = -190 J K⁻¹mol⁻¹.
ΔS இன் அடையாளம் மறை (எதிர்மறை) -- இது நடைபெறும் தாக்கத்துடன் இணங்குகின்றது, ஏனெனில் தாக்கத்தில் வாயு மூலக்கூறுகளின் மொத்த எண்ணிக்கை குறைகின்றது (2 mol வாயு CO → 1 mol வாயு CO₂ + 1 mol திண்ம C); வாயு மூலக்கூறுகள் குறைவதே ஒழுங்கின்மை (entropy) குறைவுக்கான முதன்மைக் காரணமாகும்.
(ii) 27°C=300K இல்: ΔG=ΔH-TΔS = -170 kJ mol⁻¹ - 300K×(-190×10⁻³ kJ K⁻¹mol⁻¹) = -170+57 = -113 kJ mol⁻¹. ΔG எதிர்மறையாக இருப்பதால், தாக்கம் 27°C இல் தன்னிச்சையானது.
48. 🟢 2015/P1/Q14 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
ஒரு மூடிய தொகுதியில் தூய திரவம் A அதன் ஆவியுடன் 27°C இல் சமநிலையில் உள்ளது. இவ்வெப்பநிலையில் திரவம் A இன் ஆவியாக்கல் என்தல்பி 20.00 kJ mol⁻¹ ஆகும். 27°C இல் A இன் ஆவியாக்கல் என்ட்ரோப்பி (J K⁻¹mol⁻¹ இல்):
(1) 0.07 (2) 5.66 (3) 14.30 (4) 66.67 (5) 0.01
விடை: (4).
சமநிலையில் (liquid⇌vapour) ΔG=0, எனவே ΔS=ΔH/T.
ΔS = 20000 J mol⁻¹ / 300K = 66.67 J K⁻¹mol⁻¹.
49. 🟢 2015/P1/Q23 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
CH₄ ஆனது மிகை O₂ உடன் வினைபுரிந்து CO₂, நீரைத் தருவது ஒரு வெப்பமீளும் (exothermic) செயன்முறையாகும். உருவாகும் நீர் திரவநிலையில் உள்ள நிலைமைகளின்கீழ் 1 மூல் CH₄ O₂ உடன் வினைபுரியும்போதுள்ள என்தல்பி மாற்றம் -890.4 kJ mol⁻¹ ஆகும். உருவாகும் நீர் ஆவிநிலையில் உள்ள நிலைமைகளின்கீழ் இத்தாக்கம் நிகழும்போது என்தல்பி மாற்றம் -802.4 kJ mol⁻¹ ஆகும். H₂O(l) → H₂O(g) தாக்கத்திற்கான என்தல்பி மாற்றம் (kJ mol⁻¹ இல்):
(1) 88 (2) -88 (3) -44 (4) 22 (5) 44
விடை: (5).
வேறுபாடு = -802.4-(-890.4) = 88.0 kJ mol⁻¹ -- இது CH₄ எரிதலின் 2 மூல் H₂O க்கு உரியது (CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O).
ஒரு மூல் H₂O(l)→H₂O(g) க்கு: ΔH = 88.0/2 = +44 kJ mol⁻¹ (நேர்மறை, ஆவியாக்கல் வெப்பமுறிஞ்சும் செயன்முறை என்பதற்கு இணங்க).
50. 🟢 2015/P1/Q30 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
சேர்வை X க்கு, |ΔH_fusion| இன் எண்மதிப்பு |ΔH_vaporization| இன் எண்மதிப்பை விடக் குறைவு. X வெப்பநிலை T₁ இல் உருகி, பின் வெப்பமாக்கப்படும்போது T₂ இல் ஆவியாகிறது. திண்ம X ஒரு மாறாத விகிதத்தில் வெப்பமாக்கப்படும்போது வெப்பநிலையின் நேரத்துடனான மாற்றத்தை எந்த வரைபடம் சிறப்பாகக் காட்டுகிறது?
(1)-(5) ஐந்து வெப்பநிலை-நேரம் வரைபடங்கள் தரப்பட்டுள்ளன, ஒவ்வொன்றும் திண்மம்→(s⇌l தட்டையான பகுதி)→திரவம்→(l⇌v தட்டையான பகுதி)→ஆவி என்னும் நிலைமாற்ற வரிசையைக் காட்டுகின்றன.
விடை: (1).
ஒரு மாறாத வெப்ப வழங்கல் வீதத்தில், ஒரு தட்டையான பகுதியின் (plateau) நீளம் அப்பகுதியில் உறிஞ்சப்படும் வெப்பத்தின் அளவுக்கு நேர் விகிதத்தில் இருக்கும். |ΔH_fusion| < |ΔH_vaporization| என்பதால், உருகல் தட்டையான பகுதி (T₁ இல்) குறுகியதாகவும், ஆவியாக்கல் தட்டையான பகுதி (T₂ இல்) நீளமானதாகவும் இருக்க வேண்டும் -- இந்த சரியான விகிதாசார உறவைக் காட்டும் வரைபடமே (1) ஆகும். (மற்ற விருப்பங்கள் தட்டையான பகுதிகளின் தொடர்புடைய நீளங்களை தவறாகக் காட்டுகின்றன அல்லது தட்டையான பகுதிகளையே காட்டவில்லை.)
51. 🟢 2015/P1/Q43 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
கீழேயுள்ள அட்டவணையிலிருந்து, முதற் கூற்றுக்கும் இரண்டாம் கூற்றுக்கும் மிகவும் பொருந்தும் விடையைத் தெரிவுசெய்க:
முதற் கூற்று: ஒரு மூடிய தொகுதியில் நீராவி குளிர்வித்தலடையும்போது சுற்றுப்புறத்தின் என்ட்ரோப்பி குறைகிறது.
இரண்டாம் கூற்று: ஒரு தொகுதியால் வெளியிடப்படும் வெப்பம் சுற்றுப்புறத்திலுள்ள துணிக்கைகளின் வெப்ப இயக்கத்தை அதிகரிக்கிறது.
(1) முதலாம் கூற்று உண்மை, இரண்டாம் கூற்று பொய். (2) முதலாம் கூற்று பொய், இரண்டாம் கூற்று உண்மை.
(3) இரண்டும் பொய். (4) இரண்டும் உண்மை, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றை சரியாக விளக்குகிறது. (5) இரண்டும் உண்மை, ஆனால் இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றை சரியாக விளக்கவில்லை.
விடை: (2).
முதற் கூற்று பொய் -- நீராவி குடகியடைதல் (condensation) தொகுதியிலிருந்து சுற்றுப்புறத்திற்கு வெப்பத்தை வெளியிடும் ஒரு வெப்பமீளும் செயன்முறை; இவ்வெளியிடப்படும் வெப்பம் சுற்றுப்புறத்தின் வெப்ப இயக்கத்தை (மற்றும் என்ட்ரோப்பியை) அதிகரிக்கிறது, குறைக்கவில்லை.
இரண்டாம் கூற்று உண்மை -- ஒரு தொகுதி வெளியிடும் வெப்பம் சுற்றுப்புறத் துணிக்கைகளின் வெப்ப இயக்கத்தை அதிகரிப்பது அடிப்படை வெப்ப இயக்கவியல் உண்மை.
முதலாம் கூற்று பொய், இரண்டாம் கூற்று உண்மை = (4).
25°C இல் பின்வரும் தாக்கத்தைக் கருதுக: AB(s) → C(s) + D(g). ΔH°f, S° 25°C இல்: AB(s): ΔH°f=-1208 kJ/mol, S°=100 J K⁻¹mol⁻¹. C(s): ΔH°f=-600, S°=50. D(g): ΔH°f=-500, S°=170.
(i) இத்தாக்கம் 25°C இல் தன்னிச்சையற்றது எனக் காட்டுக.
(ii) வெப்பநிலை T°C ஐ விடக் கூடுதலாக இருக்கும்போது இத்தாக்கம் தன்னிச்சையானது; T°C ஐ விடக் குறைவாக இருக்கும்போது தன்னிச்சையற்றது. T ஐக் கணிக்க.
(iii) மேலே (ii) இல் செய்த கணிப்பில் நீங்கள் செய்த கருதுகோள்(களை)த் தருக.
ΔS°தாக்கம் = S°(C)+S°(D)-S°(AB) = 50+170-100 = +120 J K⁻¹mol⁻¹ = 0.120 kJ K⁻¹mol⁻¹.
ΔG° = ΔH°-TΔS° = 108 - 298×0.120 = 108-35.76 = +72.24 kJ mol⁻¹ (நேர்மறை) → தாக்கம் 25°C இல் தன்னிச்சையற்றது.
(ii) ΔG°=0 ஆகும் குறுக்குவெட்டு வெப்பநிலையில்: T = ΔH°/ΔS° = 108/0.120 = 900 K (= 627°C). ΔH°>0, ΔS°>0 ஆதலால், அதிக வெப்பநிலையில் -TΔS° உறுப்பு மேலோங்கி ΔG° எதிர்மறையாகும் -- எனவே T>627°C இல் தன்னிச்சையானது.
(iii) கருதுகோள்: ΔH°, ΔS° ஆகியன கருதப்பட்ட வெப்பநிலை வீச்சில் (25°C முதல் 627°C வரை) வெப்பநிலையுடன் கிட்டத்தட்ட மாறாதவை என்று கருதப்படுகிறது.
பென்சீனும் தொலுயீனும் ஒன்றுடன் ஒன்று முற்றாகக் கலந்து ஒரு துவிதக் கலவையை உருவாக்குகின்றன. பென்சீன், தொலுயீன் ஆகியவற்றின் கொதிநிலைகள் முறையே 80°C உம் 110°C உம் ஆகும்.
(i) மேற்படி தொகுதிக்குப் பொருத்தமான வெப்பநிலை-அமைப்பு அவத்தை வரிப்படத்தை வரைக.
(ii) 30% பென்சீனைக் கொண்ட ஒரு திரவக் கலவை (P) இன் வடிகட்டலைக் கருதுக. I. திரவக் கலவை P இன் கொதிநிலை T₁ ஐ வரிப்படத்தில் குறிக்க. II. வெப்பநிலை T₁ இல் வாயு அவத்தையின் அமைப்பு (Q) ஐ வரிப்படத்தில் குறிக்க. III. வெப்பநிலை T₁ இல் திரவ, வாயு அவத்தைகளின் அமைப்பு வேறுபாட்டைத் தரமளவில் விளக்குக; இவ்வேறுபாட்டைப் பயன்படுத்தி மேற்படி துவிதக் கலவையிலிருந்து பென்சீனைப் பிரித்தெடுப்பதற்குப் பயன்படுத்தப்படும் முறையைப் பெயரிடுக.
(iii) சமமான கொதிநிலைகளைக் கொண்ட முற்றாகக் கலக்கும் இரு திரவங்களினால் உருவாகும் துவிதக் கலவைக்கான வெப்பநிலை-அமைப்பு அவத்தை வரிப்படத்தை வரைக.
(ii)I. P (30% பென்சீன்) இன் அமைப்புப் புள்ளியிலிருந்து மேல்நோக்கிக் கீழ் வளைவரையை (திரவ வளைவரை) சந்திக்கும் புள்ளியே T₁ (P இன் கொதிநிலை).
II. T₁ வெப்பநிலையிலிருந்து கிடைமட்டமாக மேல் வளைவரையை (ஆவி வளைவரை) சந்திக்கும் புள்ளியின் அமைப்பே Q (T₁ இல் சமநிலையிலுள்ள ஆவியின் அமைப்பு).
III. T₁ இல், ஆவி அவத்தை (Q) திரவ அவத்தையை (P) விட பென்சீனில் (அதிக ஆவியாகும் கூறு) செறிவூட்டப்பட்டுள்ளது. இவ்வேறுபாட்டைப் பயன்படுத்தும் பிரிப்பு முறை: பகுதிக் காய்ச்சி வடிகட்டல் (fractional distillation).
(iii) சம கொதிநிலைகளுடைய இரு திரவங்களுக்கு, வெப்பநிலை-அமைப்பு வரிப்படம் ஓர் ஏறத்தாழ தட்டையான (flat-bottomed) வளைவரையாக இருக்கும் -- அனைத்து அமைப்புகளிலும் கிட்டத்தட்ட ஒரே கொதிநிலையைக் காட்டி, பகுதிக் காய்ச்சி வடிகட்டல் மூலம் பயனுள்ள பிரிப்பு சாத்தியமற்றதாகும் (azeotrope-ஒத்த நடத்தை).
52. 🟡 2014/P1/Q11 -- தனித்து தீர்க்கப்பட்ட கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ திட்டம் கிடைக்கவில்லை)
ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பு (isolated system) தொடர்பாகப் பின்வரும் கூற்றுகளுள் எது சரியானது?
(1) அமைப்பின் எல்லை பருப்பொருள், வெப்பம், வேலை ஆகிய எதையும் பரிமாற அனுமதிக்காது. (2) அமைப்பின் எல்லை பருப்பொருள், வெப்பம், வேலை ஆகிய அனைத்தையும் பரிமாற அனுமதிக்கிறது. (3) அமைப்பின் எல்லை பருப்பொருளைப் பரிமாற அனுமதிக்கிறது. (4) அமைப்பின் எல்லை பருப்பொருளைப் பரிமாற அனுமதிக்காது, ஆனால் வெப்பத்தைப் பரிமாற அனுமதிக்கிறது. (5) அமைப்பின் எல்லை பருப்பொருளையோ வெப்பத்தையோ பரிமாற அனுமதிக்கிறது, ஆனால் வேலையைப் பரிமாற அனுமதிக்காது.
விடை: (1).
ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பு (isolated system) என்பது தன்னைச் சுற்றியுள்ள சூழலுடன் பருப்பொருளையோ, சக்தியையோ (வெப்பமோ வேலையோ) எந்த வகையிலும் பரிமாறாத அமைப்பாகும் -- இதன் எல்லை பருப்பொருள் மற்றும் சக்தி இரண்டையும் முழுமையாகத் தடுக்கிறது. (ஒப்பீடு: மூடிய அமைப்பு (closed system) = சக்தி பரிமாறும் ஆனால் பருப்பொருள் இல்லை; திறந்த அமைப்பு (open system) = இரண்டும் பரிமாறும்.)
53. 🟡 2014/P1/Q14 -- தனித்து தீர்க்கப்பட்ட கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ திட்டம் கிடைக்கவில்லை)
C(s) இன் நியம தகனத்தால் எந்தல்பி (standard enthalpy of combustion) -393.5 kJ mol⁻¹ ஆகும். CO(g), H₂O(g) ஆகியவற்றின் நியம நிலையுருவாக்க எந்தல்பிகள் முறையே -110.5 kJ mol⁻¹, -241.8 kJ mol⁻¹ ஆகும். பின்வரும் தாக்கத்தின் நியம எந்தல்பி மாற்றம்: CO₂(g) + H₂(g) → CO(g) + H₂O(g)
(1) -262.5 kJ mol⁻¹ (2) 41.2 kJ mol⁻¹ (3) -41.2 kJ mol⁻¹ (4) 262.5 kJ mol⁻¹ (5) 524.8 kJ mol⁻¹
விடை: (2) 41.2 kJ mol⁻¹ (+41.2).
C(s) இன் தகன எந்தல்பி = CO₂ இன் நிலையுருவாக்க எந்தல்பிக்குச் சமம் (C(s)+O₂(g)→CO₂(g) இரண்டு வரையறைகளுக்கும் பொருந்தும் ஒரே தாக்கம்) -- எனவே ΔHf(CO₂,g) = -393.5 kJ mol⁻¹. ஹெஸ் விதி: ΔHrxn = Σ ΔHf(விளைபொருட்கள்) - Σ ΔHf(வினைபடுபொருட்கள்). CO₂, H₂ ஆகியன வினைபடுபொருட்கள்; H₂ இன் ΔHf=0 (தனிமநிலை). ΔHrxn = [ΔHf(CO) + ΔHf(H₂O,g)] - [ΔHf(CO₂) + 0] = [(-110.5) + (-241.8)] - [(-393.5)] = -352.3 - (-393.5) = +41.2 kJ mol⁻¹.
54. 🟡 2014/P1/Q31 -- தனித்து தீர்க்கப்பட்ட கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ திட்டம் கிடைக்கவில்லை)
T வெப்பநிலையில் நிகழும் ஒரு தன்னிச்சையான (spontaneous) தாக்கம் தொடர்பாகப் பின்வரும் கூற்றுகளுள் எவை/எது எப்போதும் உண்மையாக இருக்கும்?
(a) தாக்கம் நேர்மறை என்ட்ரொப்பி மாற்றத்தைக் கொண்டிருக்க வேண்டும்.
(b) தாக்கம் எதிர்மறை எந்தல்பி மாற்றத்தைக் கொண்டிருக்க வேண்டும்.
(c) என்ட்ரொப்பி மாற்றம் எதிர்மறையாக இருந்தால், தாக்கத்தின் எந்தல்பி மாற்றம் எதிர்மறையாக இருக்க வேண்டும்.
(d) என்ட்ரொப்பி மாற்றம் நேர்மறையாக இருந்தால், தாக்கத்தின் எந்தல்பி மாற்றம் எதிர்மறையாக இருக்க வேண்டும்.
(1) (a),(b) மாத்திரம் சரி (2) (b),(c) மாத்திரம் சரி (3) (c),(d) மாத்திரம் சரி (4) (d),(a) மாத்திரம் சரி (5) வேறு எண்/சேர்மானம் சரி
விடை: (5) -- வேறு சேர்மானம் ((c) மாத்திரமே சரி).
தன்னிச்சைத்தன்மைக்கான நிபந்தனை: ΔG = ΔH - TΔS < 0. (a) பொய் -- ΔS<0 எனினும் ΔH போதுமான அளவு எதிர்மறையாக இருந்தால் தன்னிச்சையாக இருக்கலாம். (b) பொய் -- ΔH>0 எனினும் ΔS போதுமான அளவு நேர்மறையாக இருந்தால் (TΔS>ΔH) தன்னிச்சையாக இருக்கலாம். (c) சரி -- ΔS<0 எனில் TΔS<0 (T>0 என்பதால்); தன்னிச்சைத்தன்மைக்கு ΔH<TΔS<0 வேண்டும், எனவே ΔH கட்டாயம் எதிர்மறையாக இருக்க வேண்டும் -- இது எப்போதும் உண்மையான தர்க்கரீதியான தேவை. (d) பொய் -- ΔS>0 எனில் TΔS>0; தன்னிச்சைத்தன்மைக்கு ΔH<TΔS(நேர்மறை எண்) வேண்டும் -- இது ΔH நேர்மறையாகவும் இருக்க அனுமதிக்கிறது (எண்டோதெர்மிக் தன்னிச்சைத் தாக்கங்கள் நேர்மறை ΔS உடன் சாத்தியமே). இவற்றுள் (c) மாத்திரமே எப்போதும் உண்மை; இது கொடுக்கப்பட்ட 4 சேர்மானங்களுள் எதிலும் பொருந்தாததால், விடை (5).
55. 🟢 2013/P1/Q22 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g). மேற்படி தாக்கம் 298K இல் வெப்பஇயக்கவியல்ரீதியில் தன்னிச்சையானது, ஆனால் அதிக வெப்பநிலையில் அவ்வாறு அல்ல. 298K இல் இத்தாக்கம் தொடர்பாகப் பின்வருவனவற்றுள் எது உண்மை?
(1) ΔG, ΔH நேர்மறை, ΔS எதிர்மறை. (2) ΔG, ΔH, ΔS அனைத்தும் நேர்மறை. (3) ΔG, ΔH, ΔS அனைத்தும் எதிர்மறை. (4) ΔG, ΔH எதிர்மறை, ΔS நேர்மறை. (5) ΔG, ΔS எதிர்மறை, ΔH நேர்மறை.
விடை: (3) ΔG, ΔH, ΔS அனைத்தும் எதிர்மறை.
N₂+3H₂→2NH₃ (ஹேபர் செயன்முறை) வெப்பவெளியேற்றமானது (ΔH<0, ~-92kJ/mol) மற்றும் 4mol வாயு→2mol வாயு என்பதால் என்ட்ரொப்பி குறையும் (ΔS<0). 298K (குறைந்த வெப்பநிலை) இல், |ΔH| > |TΔS| என்பதால் ΔG=ΔH-TΔS <0 (தன்னிச்சையானது). அதிக வெப்பநிலையில், -TΔS உறுப்பு (ΔS<0 என்பதால் நேர்மறையாகி) பெரிதாகி ΔG ஐ நேர்மறையாக்குகிறது (தன்னிச்சையற்றது) -- இது கொடுக்கப்பட்ட அவதானிப்புடன் பொருந்துகிறது.
56. 🟢 2013/P1/Q38 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
T வெப்பநிலையில் பின்வரும் தாக்கங்களுக்கான ΔH, ΔG தரவுகள் தரப்பட்டுள்ளன:
I. 2CH₄(g) → C₂H₄(g) + 2H₂(g); ΔH=201.88 kJ/mol, ΔG=169.62 kJ/mol.
II. 2CH₄(g) + O₂(g) → C₂H₄(g) + 2H₂O(g); ΔH=-281.76 kJ/mol, ΔG=-287.56 kJ/mol.
III. 2CH₄(g) + 2C(s) → 2C₂H₄(g); ΔH=254.14 kJ/mol, ΔG=237.74 kJ/mol.
T வெப்பநிலையில் பின்வரும் கூற்றுகளுள் எவை/எது உண்மை?
(a) I, II, III மூன்றுமே CH₄ இலிருந்து C₂H₄ ஐ உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுத்தப்படலாம்.
(b) தாக்கம் I எதிர்மறை என்ட்ரொப்பி மாற்றத்தைக் கொண்டுள்ளது.
(c) CH₄ இலிருந்து C₂H₄ ஐ உற்பத்தி செய்யக்கூடிய ஒரே சாத்தியமான தாக்கம் II ஆகும்.
(d) தாக்கம் III நேர்மறை என்ட்ரொப்பி மாற்றத்தைக் கொண்டுள்ளது.
(1) (a),(b) மாத்திரம் சரி (2) (b),(c) மாத்திரம் சரி (3) (c),(d) மாத்திரம் சரி (4) (d),(a) மாத்திரம் சரி (5) வேறு எண்/சேர்மானம் சரி
விடை: (3) -- (c),(d) மாத்திரம் சரி.
தன்னிச்சைத்தன்மைக்கு ΔG<0 வேண்டும். I: ΔG=+169.62 (தன்னிச்சையற்றது). II: ΔG=-287.56 (தன்னிச்சையானது). III: ΔG=+237.74 (தன்னிச்சையற்றது). எனவே II மாத்திரமே சாத்தியமானது -- (a) பொய், (c) சரி.
ΔS=(ΔH-ΔG)/T. தாக்கம் I: ΔS=(201.88-169.62)/T=32.26/T (நேர்மறை, T>0 என்பதால்) -- (b) பொய் (எதிர்மறை அல்ல, நேர்மறை).
தாக்கம் III: ΔS=(254.14-237.74)/T=16.4/T (நேர்மறை) -- (d) சரி.
எனவே (c),(d) சரி = (3).
57. 🟢 2013/P1/Q44 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
முதலாம் கூற்று: CaCO₃(s) அறை வெப்பநிலையில் CO₂(g), CaO(s) ஆகக் கூட்டற்பிரிகையடையாது, ஆனால் வெப்பநிலையை அதிகரிப்பதன் மூலம் கூட்டற்பிரிகையடையச் செய்யலாம்.
இரண்டாம் கூற்று: ஒரு தாக்கத்தின் கிப்ஸ் சக்தி மாற்றத்தை வெப்பநிலையை அதிகரிப்பதன் மூலம் எப்போதும் எதிர்மறையாக்கிக் கொள்ளலாம்.
(1) இரண்டும் பொய் (2) இரண்டும் உண்மை, திருத்தமான விளக்கம் (3) இரண்டும் உண்மை, திருத்தமான விளக்கமன்று (4) முதலாம் உண்மை, இரண்டாம் பொய் (5) முதலாம் பொய், இரண்டாம் உண்மை
விடை: (4).
முதலாம் கூற்று உண்மை -- CaCO₃ கூட்டற்பிரிகை வெப்பஉட்கொள்ளும் (ΔH>0), நேர்மறை என்ட்ரொப்பி மாற்றத்தையும் கொண்டுள்ளது (திண்மம்→வாயு+திண்மம்); அறை வெப்பநிலையில் ΔH ஆதிக்கம் செலுத்தி ΔG நேர்மறையாக (தன்னிச்சையற்றது) இருக்கும், ஆனால் போதுமான அளவு வெப்பநிலை அதிகரிப்பில் -TΔS உறுப்பு (சாதகமானது, ΔS>0 என்பதால்) ΔH ஐ மிஞ்சி ΔG ஐ எதிர்மறையாக்கும் -- இது நிலையான, சரியான வெப்பஇயக்கவியல் நடத்தையாகும்.
இரண்டாம் கூற்று பொய் -- "எப்போதும்" எனும் சொல் மிகக் கடுமையானது; இது ΔS>0 எனும்போது மாத்திரமே செல்லுபடியாகும் (வெப்பநிலையை அதிகரிப்பது ΔG ஐ மேலும் எதிர்மறையாக்க உதவும் -- ஆனால் ΔS<0 கொண்ட தாக்கமொன்றுக்கு, வெப்பநிலையை அதிகரிப்பது ΔG ஐ மேலும் நேர்மறையாக்கும், எதிர்மறையாக அல்ல).
முதலாம் உண்மை, இரண்டாம் பொய் = (3).
58. 🟢 2012/P1/Q16 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
பின்வரும் ஒவ்வொரு அமைப்பிலும் 1.0 dm³ கரைசல்களை (ஒவ்வொன்றும்) கலக்கும்போது, எது அதிகூடிய அளவு வெப்பத்தை வெளியிடும்?
(1) 0.400 mol dm⁻³ CH₃COOH உம் 0.200 mol dm⁻³ KOH உம்
(2) 0.100 mol dm⁻³ HNO₃ உம் 0.200 mol dm⁻³ NaOH உம் (3) 0.100 mol dm⁻³ HCl உம் 0.200 mol dm⁻³ NaOH உம்
(4) 0.100 mol dm⁻³ H₂SO₄ உம் 0.200 mol dm⁻³ NaOH உம்
(5) 0.200 mol dm⁻³ CH₃COOH உம் 0.200 mol dm⁻³ KOH உம்
விடை: (4) 0.100 mol dm⁻³ H₂SO₄ உம் 0.200 mol dm⁻³ NaOH உம்.
வெளியிடப்படும் மொத்த வெப்பம் தாக்கமடையும் H⁺ மோல் எண்ணிக்கையையும், அமிலம்/காரம் வலிமையான/பலவீனமானதா என்பதையும் சார்ந்துள்ளது (வலிமையான அமில-கார நடுநிலைமாக்கல் ஒரு மோலுக்கு ஏறத்தாழ நிலையான ΔH≈-57.3 kJ; பலவீன அமிலம் முதலில் பிரிகையடைய வேண்டியிருப்பதால் சிறிது குறைவான வெப்பமே வெளிவரும்).
(1),(5): HCl/HNO₃ 0.100mol (எல்லைப்படுத்தும்), NaOH மிகை -- 0.100mol H₂O மாத்திரம் உருவாகும் (வலிமையான-வலிமையான).
(2): H₂SO₄ ஈரடிப்படை அமிலம் -- 0.100mol H₂SO₄ = 0.200mol H⁺, இது 0.200mol NaOH உடன் துல்லியமாகப் பொருந்துகிறது -- 0.200mol H₂O முழுமையாக உருவாகும் (வலிமையான-வலிமையான, அதிகூடிய மோல் எண்ணிக்கை).
(3): CH₃COOH, KOH இரண்டும் 0.200mol -- துல்லியமாகப் பொருந்தினாலும், பலவீன அமிலம் என்பதால் மோலுக்கு சிறிது குறைவான வெப்பம் வெளிவரும்.
(4): CH₃COOH மிகை (0.400mol), KOH எல்லைப்படுத்தும் (0.200mol) -- 0.200mol மாத்திரமே தாக்கமடையும், (3) இற்கு ஒப்பானது.
எனவே (2) இல் மிக அதிகூடிய மோல் எண்ணிக்கை (0.200mol) வலிமையான-வலிமையான தாக்கமாக முழுமையாக நடைபெறுவதால், (2) அதிகூடிய வெப்பத்தை வெளியிடும்.
59. 🟢 2012/P1/Q22 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
C(s), S(s) மற்றும் CS₂(l) இன் தர எரிதல் எந்திரல்புகள் முறையே -394 kJ mol⁻¹, -296 kJ mol⁻¹, -1072 kJ mol⁻¹. CS₂(l) இன் தர உருவாக்க எந்திரல்பு (standard enthalpy of formation):
(1) 382 kJ mol⁻¹ (2) -1762 kJ mol⁻¹ (3) 1762 kJ mol⁻¹ (4) -86 kJ mol⁻¹ (5) 86 kJ mol⁻¹
விடை: (5) 86 kJ mol⁻¹.
உருவாக்கத் தாக்கம்: C(s)+2S(s)→CS₂(l). ஹெஸ் விதிப்படி:
ΔH_f(CS₂) = [ΔH_c(C)+2×ΔH_c(S)] - ΔH_c(CS₂)
= [(-394)+2×(-296)] - (-1072)
= (-394-592) + 1072
= -986+1072 = 86 kJ mol⁻¹.
60. 🟢 2021/P1/Q19 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
சோடியம் அயனின் நியம நீரேற்றல் வெப்பவுள்ளுறைக்குரிய சரியான தாக்கம் ஆவது,
(1) Na⁺(g)+H₂O(l) → Na⁺(aq) (2) Na⁺(g)+H₂O(l) → Na⁺(aq)+OH⁻(aq)+H⁺(aq) (3) Na⁺(g)+Cl⁻(g)+H₂O(l) → Na⁺(aq)+Cl⁻(aq) (4) Na⁺(g)+OH⁻(aq) → NaOH(s) (5) NaCl(g)+H₂O(l) → Na⁺(aq)+OH⁻(aq)+HCl(aq)
விடை: (1) Na⁺(g)+H₂O(l) → Na⁺(aq).
நீரேற்றல் வெப்பவுள்ளுறை என்பது ஒரு தனித்த வாயு அயன் நீருடன் சேர்ந்து அளவற்ற நீர்த்த நீரிய அயனாக மாறும் எளிய இயற்பியல் மாற்றம் (Na⁺(g)→Na⁺(aq)) -- வேறெந்த புதிய இரசாயனச் சேர்வையும் உருவாகாது. (1) தவறு -- திண்ம NaOH உருவாகிறது (நீரேற்றமல்ல). (2),(4) தவறு -- இவை நீராற்பகுப்பு/இரசாயனத் தாக்கங்களைக் காட்டுகின்றன (OH⁻/H⁺ உருவாகும்), வெறும் நீரேற்றல் அல்ல. (5) தவறு -- இது Na⁺, Cl⁻ இரு அயன்களும் இணைந்த NaCl(s) கரைதலின் மொத்த வெப்பவுள்ளுறை (தனி Na⁺ நீரேற்றல் அல்ல).
61. 🟢 2021/P1/Q42 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
முதலாம் கூற்று: வெப்பக் காவலிடப்பட்ட சுவர்களைக் கொண்ட ஒரு விறைத்த கொள்கலத்தில் உள்ள ஒரு வாயுவின் சக்தி மாறிலியாக இருக்கும்.
இரண்டாம் கூற்று: தனிமைப்படுத்தப்பட்ட ஒரு தொகுதியில் சக்தியும் சடப்பொருளும் இரண்டுமே சூழலுடன் பரிமாற்றம் செய்யப்படமாட்டாது.
(1) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம் (2) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று (3) முதலாம் கூற்று சரி, இரண்டாம் கூற்று தவறு (4) முதலாம் கூற்று தவறு, இரண்டாம் கூற்று சரி (5) இரண்டும் தவறு
விடை: (1) -- இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம்.
முதலாம் கூற்று சரி -- வெப்பக் காவலிடப்பட்ட (வெப்பம் கடத்தாத) + விறைத்த (கனவளவு மாறாத) + மூடிய கொள்கலம் = ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட தொகுதி -- எனவே அதன் மொத்த சக்தி மாறிலியாகவே இருக்கும்.
இரண்டாம் கூற்று சரி, மற்றும் சரியான விளக்கம் -- இதுவே தனிமைப்படுத்தப்பட்ட தொகுதியின் வரைவிலக்கணம்: சக்தியோ சடப்பொருளோ சூழலுடன் பரிமாறப்படாது என்பதால், தொகுதியின் மொத்த சக்தி மாறாமல் இருக்க வேண்டும் (சக்தி அழிவின்மைக் கோட்பாட்டின்படி) -- இதுவே முதலாம் கூற்று உண்மையாக இருப்பதற்கான உண்மையான காரணம்.
எனவே (1).
2021/P2/Q5(b) 4CH₄(g)+O₂(g)→2C₂H₆(g)+2H₂O(g) என்னும் தாக்கத்திற்கு, தரப்பட்ட ΔHf°/S° தரவுகளைப் பயன்படுத்தி:
(i) ஒரு வெப்ப-இரசாயனச் சுழற்சியைப் பயன்படுத்தி நியம வெப்பவுள்ளுறை மாற்றத்தைக் கணக்கிடுக (தரவு: CH₄=-74.8, C₂H₆=-84.7, H₂O(g)=-214.8 kJ/mol; S°: CH₄=186.3, C₂H₆=229.6, H₂O(g)=188.8, O₂=205.1 J/mol/K).
(ii) நியம என்ட்ரோப்பி மாற்றத்தைக் கணக்கிடுக. (iii) 500K இல் நியம Gibbs சக்தி மாற்றத்தை (ΔG°) கணக்கிடுக. (iv) வெப்பநிலை அதிகரிப்பு இத்தாக்கத்திற்குச் சாதகமாக அமையுமா எனக் காரணத்துடன் கூறுக (ΔH,ΔS வெப்பநிலையிலிருந்து விடுபட்டவை என்று கொள்க).
(ii) ΔS° = ΣS°(products)-ΣS°(reactants) = [2(229.6)+2(188.8)]-[4(186.3)+205.1] = 836.8-950.3 = -113.5 J mol⁻¹ K⁻¹ (4 வாயு மோல்கள்+O₂→4 வாயு மோல்கள் ஆனாலும் மொத்த S குறைகிறது -- இலகு CH₄ மூலக்கூறுகள் பெரிய, சிக்கலான C₂H₆+H₂O ஆக மறுசீரமைக்கப்படுவதால்).
(iii) ΔG°=ΔH°-TΔS° = -299.8-(500×(-113.5×10⁻³)) = -299.8+56.75 = -243.05 kJ mol⁻¹.
(iv) இல்லை, வெப்பநிலை அதிகரிப்பு முந்தாக்கத்திற்குச் சாதகமாக அமையாது (ΔG° குறைவான எதிர்மறையாகும்) -- ஏனெனில் ΔS° எதிர்மறை என்பதால், வெப்பநிலை அதிகரிக்க -TΔS° உறுப்பு அதிகரித்து ΔG° ஐ (குறைந்த ΔG°=அதிக தன்னிச்சைத்தன்மை என்பதால்) குறைவான சாதகமாக்குகிறது.
62. 🟢 2022/P1/Q18 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
நியம நிலைமைகளில் கீழ்த் தரப்பட்ட தாக்கம் தொடர்பாக பின்வரும் எக்கூற்று பிழையானது?
2H₂(g)+O₂(g) → 2H₂O(g) : ΔH°=−483.7kJ mol⁻¹
(1) தாக்கம் 4H₂(g)+2O₂(g) → 4H₂O(g) இற்கு 967.4kJ வெப்பச் சக்தி வெளிவிடப்படுகின்றது.
(2) பயன்படுத்தப்பட்ட O₂(g) இன் ஒரு மூலிற்கு 241.85kJ வெப்பச் சக்தி வெளிவிடப்படுகின்றது. (3) தாக்கத்தின் ஒரு மூலிற்கு 483.7kJ வெப்பச் சக்தி வெளிவிடப்படுகின்றது.
(4) பயன்படுத்தப்பட்ட H₂(g) இன் இரு மூல்களுக்கு 483.7kJ வெப்பச் சக்தி வெளிவிடப்படுகின்றது.
(5) உண்டாகும் H₂O(g) இன் இரு மூல்களுக்கு 483.7kJ வெப்பச் சக்தி வெளிவிடப்படுகின்றது.
விடை: (2) பிழையானது.
கூற்றுகள் (1)-(4) அனைத்தும் தரப்பட்ட ΔH°=−483.7kJ mol⁻¹ இன் சரியான மறுகூற்றுகள்/அளவீடுகளாகும்: சமன்பாடு எழுதப்பட்டவாறு (2H₂+O₂→2H₂O) ஒரு மோல் தாக்கத்திற்கு 483.7kJ வெளியிடுகிறது, இது பயன்படுத்தப்பட்ட 2 மோல் H₂ (2) இற்கும் உண்டாகும் 2 மோல் H₂O (3) இற்கும் சமனாகும்; முழுச் சமன்பாட்டையும் இரட்டிப்பாக்கினால் (4H₂+2O₂→4H₂O) வெளியிடப்படும் வெப்பமும் 967.4kJ ஆக இரட்டிப்பாகும் (4).
கூற்று (5) தவறு: எழுதப்பட்ட சமன்பாடு சரியாக 1 மோல் O₂ ஐயே (0.5 மோல் அல்ல) பயன்படுத்துகிறது, இந்த முழு 1 மோல் O₂ உம் முழு 483.7kJ உடனேயே தொடர்புடையது -- அதன் பாதி (241.85kJ) அல்ல. 241.85kJ என்பது சமன்பாடு 0.5 மோல் O₂ ஐப் பயன்படுத்தினால் மாத்திரமே (அதாவது H₂+½O₂→H₂O எனும் சமன்பாட்டிற்கு) சரியான பெறுமானமாக இருக்கும், தரப்பட்ட சமன்பாட்டில் உண்மையிலேயே இருக்கும் 1 மோல் O₂ இற்கு அல்ல.
63. 🟢 2022/P1/Q23 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
25°C இல் திண்மம் X(s) இன் மூலர்க் கரைதல் (dissolution) எந்திரப்பி மாற்றம் ΔS°dissol 70J K⁻¹mol⁻¹ உம், X(s) இன் மூலர் எந்திரப்பி 100J K⁻¹mol⁻¹ உம் ஆகும். பின்வரும் எது X(aq) இன் மூலர் எந்திரப்பியைக் காட்டுகின்றது? (J K⁻¹mol⁻¹)
(1) 0 (2) +30 (3) +170 (4) −170 (5) −30
விடை: (3) +170.
கரைதலின் எந்திரப்பி (entropy of dissolution) என்பது விளைபொருளின் (கரைந்த, நீரிலான இனம்) எந்திரப்பியிலிருந்து வினைபடியின் (கரையாத திண்மம்) எந்திரப்பியைக் கழித்தல் என வரையறுக்கப்படுகிறது: ΔS°dissol = S°(aq) − S°(s). தரப்பட்ட பெறுமானங்களைப் பிரதியிட்டால்: 70 = S°(aq) − 100, எனவே S°(aq) = 70+100 = 170J K⁻¹mol⁻¹.
64. 🟢 2022/P1/Q46 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
முதலாம் கூற்று: ஒரு தரப்பட்ட வெப்பநிலையில் முற்றாகக் கலக்கும் இரு திரவங்களைக் கலப்பதன் மூலம் ஓர் இலட்சியத் துவிதத் திரவக் கலவையை உண்டாக்கப்படும்போது வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் பூச்சியமாகும்.
இரண்டாம் கூற்று: ஒரு தரப்பட்ட வெப்பநிலையில் ஓர் இலட்சியத் துவிதத் திரவக் கலவையில் இருக்கும் எல்லா மூலக்கூறிடை விசைகளும் (ஒத்த, வேறுபட்ட மூலக்கூறுகளுக்கிடையே) சமமாகும்.
(1) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம் (2) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று (3) முதலாம் கூற்று சரி, இரண்டாம் கூற்று தவறு (4) முதலாம் கூற்று தவறு, இரண்டாம் கூற்று சரி (5) இரண்டும் தவறு
விடை: (1) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம்.
ΔH(கலத்தல்)=0 என்பது உண்மையிலேயே ஓர் இலட்சியக் கரைசல்/கலவையின் ஒரு வரையறுக்கும் பண்பாகும் (முதலாம் கூற்று சரி). இந்தப் பூச்சிய வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம் இரண்டாம் கூற்றிலிருந்தே நேரடியாகப் பின்பற்றுகிறது: கலவையிலுள்ள A−A, A−B, B−B மூலக்கூற்றிடை இடைவினைகள் அனைத்தும் ஒரே வலிமையுடையவை எனில் (இரண்டாம் கூற்று சரி -- இதுவே மூலக்கூறு மட்டத்தில் இலட்சியக் கலவையின் வரைவிலக்கணம்), ஒரு மூலக்கூறு தன் தூய திரவத்திலிருந்து கலவைக்குள் நகரும்போது அதன் மூலக்கூற்றிடை ஈர்ப்புகளின் வலிமையில் நிகர மாற்றம் ஏதும் ஏற்படாது -- எனவே கலத்தலின்போது நிகர சக்தி மாற்றம் (வெப்பவுள்ளுறை மாற்றம்) ஏதும் இல்லை. இதனால் இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்கு உண்மையான, நேரடி விளக்கமாக அமைகிறது.
எனவே (1).