மோல், திணிவு & சூத்திரம் — குறு குறிப்பு

⚖️

மோல், திணிவு & சூத்திரம்

Mole, Mass & Formula

1 மூல் (mole) ஏன் தேவை?

அணுக்கள் மிகச் சிறியவை. ஓர் அணுவின் திணிவை கிராம் அல்லது கிலோகிராம் போன்ற வழக்கமான அலகுகளால் வெளிக்காட்டுவது சிரமமான செயலாகும்; அந்த எண்கள் கற்பனைக்கு எட்டாத அளவு சிறியவையாக அமைந்துவிடும். இதற்குத் தீர்வாகவே மூல் (mole) என்னும் கருத்து அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது — இது இரசாயனவியலில் பயன்படுத்தப்படும் ஓர் எண்ணும் அலகு. ஒரு டசன் என்றால் பன்னிரண்டு பொருட்கள் எனத் தெரிவதைப் போலவே, ஒரு மூல் என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட, மிகப் பெரிய எண்ணிக்கையிலான துணிக்கைகளைக் குறிக்கின்றது. இவ்வாறு ஒரு பெரிய தொகுதியை ஒரே அலகாகக் கருதுவதன் மூலம், அணுக்களின் உலகத்தை ஆய்வுகூடத்தில் நிறுக்கக்கூடிய திணிவுகளுடன் இணைக்க முடிகின்றது.

தனித்த அணுக்களின் திணிவை வெளிக்காட்டுவதற்காக அணுத்திணிவலகு (u) வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது — மிகத் திருத்தமாக 12 g திணிவுடைய ¹²C சமதானியில் உள்ள ஓர் அணுவின் திணிவில் பன்னிரண்டில் ஒரு பங்கு.

1 u = 1.66 × 10⁻²⁴ g

2 சமதானிகளும் சராசரி அணுத்திணிவும்

பெரும்பாலான மூலகங்கள் இயற்கையில் பல்வேறு சமதானிகளாக (isotopes) காணப்படுகின்றன. ஒரே மூலகத்தின் சமதானிகள் வெவ்வேறு திணிவுகளைக் கொண்டிருப்பதால், அம்மூலகத்திற்கு ஒரே ஒரு திணிவை ஒதுக்க முடியாது; இயற்கையில் ஒவ்வொரு சமதானியும் காணப்படும் சதவீத விகிதத்தைக் கருத்தில் கொண்டு சராசரி அணுத்திணிவு கணிக்கப்படுகின்றது.

உதாரணம் — காபனின் சராசரி அணுத்திணிவு

இயற்கையான காபன்: ¹²C = 98.89%, ¹³C = 1.11%.
சராசரி = [(98.89×12) + (1.11×13)] ÷ 100 = 12.011

இதன் தலைகீழ்க் கணக்கும் தேர்வில் கேட்கப்படலாம் — சராசரி அணுத்திணிவு கொடுக்கப்பட்டு, சமதானிகளின் சதவீத வீதத்தைக் காணுதல். எடுத்துக்காட்டாக, 8.03 u மற்றும் 9.01 u சமதானிகள் கொண்ட ஒரு மூலகத்தின் சராசரி அணுத்திணிவு 8.234 u எனில், 8.03u சமதானியின் வீதம் x% எனக் கொண்டு 8.234 = [8.03x + 9.01(100−x)] ÷ 100 எனும் சமன்பாட்டைத் தீர்த்தால் x = 80% எனவும், மற்றைய சமதானி 20% எனவும் கிடைக்கின்றது. வீதம் கொடுத்துச் சராசரி காணும் கணக்கிற்கும் இதற்கும் ஒரே சமன்பாடே பயன்படுத்தப்படுகின்றது, திசை மட்டுமே தலைகீழாகின்றது.

3 மூல், அவகாதரோ மாறிலி & மூலர் திணிவு

மிகத் திருத்தமாக 12 g திணிவுடைய ¹²C சமதானியில் எத்தனை அணுக்கள் உள்ளனவோ, அதே எண்ணிக்கையிலான துணிக்கைகளைக் கொண்ட பதார்த்தத்தின் அளவே ஒரு மூல் என வரையறுக்கப்படுகின்றது. இந்த எண்ணிக்கையே அவகாதரோ மாறிலி (N_A) எனப்படுகின்றது. துணிக்கையின் வகை மாறினாலும் (அணு, மூலக்கூறு, அயன், e⁻) ஒரு மூலில் உள்ள துணிக்கைகளின் எண்ணிக்கை மாறுவதில்லை.

N_A = 6.022 × 10²³ mol⁻¹

ஒரு மூல் அளவான பதார்த்தத்தின் திணிவே மூலர் திணிவு (molar mass) — அலகு g mol⁻¹. ஒரு மூலகத்தின் மூலர் திணிவு அதன் தொடர்பு அணுத்திணிவுக்குச் சமமான எண்மதிப்பைக் கொண்டிருக்கும்; ஒரு சேர்வையின் மூலர் திணிவு அதிலுள்ள எல்லா அணுக்களின் அணுத்திணிவுகளின் கூட்டுத்தொகையாக அமைகின்றது (M(H₂O) = 2×1.008 + 16.00 = 18.016 g mol⁻¹).

4 திணிவு ↔ மூல் ↔ துணிக்கை மாற்றம்

மூல் என்னும் கருத்தின் மிகப் பெரிய பயன், அது நிறுக்கக்கூடிய திணிவை நாம் எண்ண விரும்பும் துணிக்கை எண்ணிக்கையுடன் இணைக்கும் ஒரு பாலமாகச் செயற்படுவதே. இந்தப் பாலத்தைக் கடப்பதற்கு இரண்டு சமன்பாடுகள் போதுமானவை:

n = m ÷ M (திணிவிலிருந்து மூல்) · N = n × N_A (மூலிலிருந்து துணிக்கை எண்ணிக்கை)

இங்கு n = மூல் எண்ணிக்கை, m = கிராமில் திணிவு, M = மூலர் திணிவு, N = துணிக்கை எண்ணிக்கை. மூல் வாயுவின் கனவளவையும் கரைசலின் செறிவையும் இணைக்கும் மையமாகவும் அமைகின்றது — எந்தவொரு வினாவிலும் தரப்படும் பருமன் முதலில் மூலாக மாற்றப்பட வேண்டும்.

சங்கிலிக் கணக்கு — 64 g கந்தகம் (S₈)

S₈ இன் மூலர் திணிவு = 32×8 = 256 g mol⁻¹
n(S₈) = 64÷256 = ¼ mol → N(S₈) = ¼×6.022×10²³ = 1.51×10²³ மூலக்கூறுகள்
n(S அணுக்கள்) = ¼×8 = 2 mol → N(S) = 2×6.022×10²³ = 1.20×10²⁴ அணுக்கள்
n(protons) = 2×16 = 32 mol (S இன் அணுஎண் 16) · n(nucleons) = 2×32 = 64 mol (திணிவெண் 32)

பொதுவான தவறு

"எத்தனை அணுக்கள்?" எனக் கேட்டால் மூலக்கூறு எண்ணிக்கையை மூலக்கூற்றில் உள்ள அணுக்களின் எண்ணிக்கையால் பெருக்க மறந்துவிடுவதே பொதுவான பிழை. கேட்கப்படுவது மூலக்கூறுகளா அணுக்களா என வினாவை கவனமாக வாசிக்க வேண்டும்.

5 அனுபவச் சூத்திரம் — % அமைப்பிலிருந்து

ஒரு சேர்வையின் ஒவ்வொரு மூலகத்தினதும் அணுக்களுக்கிடையிலான மிகச் சிறிய முழு எண் விகிதத்தைக் காட்டுவது அனுபவச் சூத்திரம் (empirical formula) ஆகும். ஒரு புதிய சேர்வை இனம் காணப்படும்போது பரிசோதனை மூலம் கிடைப்பது ஒவ்வொரு மூலகத்தினதும் திணிவுச் சதவீதமே; அதிலிருந்து அனுபவச் சூத்திரத்தைப் பெற, சேர்வையின் மொத்தத் திணிவை 100 g எனக் கருதிக் கொள்வது கணிப்பை எளிதாக்கும் — ஒவ்வொரு சதவீதமும் அப்பொழுது நேரடியாக ஒரு திணிவாக மாறிவிடும்.

ஒவ்வொரு மூலகத்தினதும் திணிவைக் கிராமில் பெறுக (100 g மாதிரி → சதவீதமே திணிவு).
ஒவ்வொரு திணிவையும் அணுத்திணிவால் வகுத்து மூல் எண்ணிக்கையைத் துணிக.
மிகக் குறைந்த மூல் எண்ணிக்கை 1 ஆகுமாறு எல்லாவற்றையும் அதனால் வகுக்க.
பின்ன விகிதம் வந்தால் (1.5→×2, 1.33→×3) அனைத்தையும் முழு எண்ணாகும் சிறிய எண்ணால் பெருக்குக.

C 40.0%, H 6.7%, O 53.3% கொண்ட சேர்வை:
C: 40.0÷12=3.33 mol · H: 6.7÷1=6.7 mol · O: 53.3÷16=3.33 mol
3.33 ஆல் வகுத்தால் → C:1, H:2, O:1 ⟹ அனுபவச் சூத்திரம் = CH₂O

6 மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் — அனுபவச் சூத்திரம் + மூலர் திணிவு

அனுபவச் சூத்திரம் அணுக்களின் விகிதத்தை மட்டுமே தரும்; ஒரு மூலக்கூற்றில் உண்மையில் எத்தனை அணுக்கள் உள்ளன என்பதைத் தராது. அதைத் துணிய சேர்வையின் மூலர் திணிவு தெரிந்திருக்க வேண்டும். மூலக்கூற்றுத் திணிவை அனுபவச் சூத்திரத் திணிவால் வகுத்தால் ஒரு முழு எண் n கிடைக்கும்; அனுபவச் சூத்திரத்தின் ஒவ்வொரு குறியீட்டு எண்ணையும் n ஆல் பெருக்கினால் மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் பெறப்படுகின்றது.

n = மூலக்கூற்றுத் திணிவு ÷ அனுபவச் சூத்திரத் திணிவு
மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் = (அனுபவச் சூத்திரம்) × n

உதாரணம் — குளுக்கோசு

அனுபவச் சூத்திரம் CH₂O (திணிவு = 30 g mol⁻¹), மூலர் திணிவு 180 g mol⁻¹.
n = 180÷30 = 6 ⟹ மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் = (CH₂O)×6 = C₆H₁₂O₆