Avogadro's law, the ideal gas equation and Dalton's law of partial pressures Tamil revision study sheet in plain-language paragraphs: equal volumes of gas contain equal numbers of molecules, molar volume at STP, deriving the gas constant R and the ideal gas equation PV=nRT, the Boltzmann constant and finding molar mass from density, Dalton's law that total pressure is the sum of partial pressures, partial pressure from mole fraction, and the wet-gas vapour pressure correction for gas collected over water.

A/L இரசாயனவியல் · அலகு 4 · குறு குறிப்பு (4ஆ)

🧠 மனப்படம்
⚛️
அவகாத்ரோ & இலட்சிய வாயு விதி
Avogadro's, Ideal Gas & Dalton's Law

1 அவகாத்ரோவின் விதி

இத்தாலிய விஞ்ஞானியான அமதியா அவகாத்ரோ (Amedeo Avogadro), போயில், சாள்ஸ் ஆகியோரின் விதிகளைத் தொடர்ந்து 1811 ஆம் ஆண்டு ஒரு வாயுவின் தொகைக்கும் கனவளவுக்கும் இடையிலான தொடர்பை முன்வைத்தார். ஒரே வெப்ப அமுக்க நிபந்தனைகளின் கீழ் சம கனவளவுடைய வாயுக்கள் யாவும் சம எண்ணிக்கையான மூலக்கூறுகளைக் கொண்டிருக்கும் என்பதே இவ்விதியின் சாரம் — வாயுவின் வகை இதில் ஒரு காரணியாக அமையாது.

மாறா T மற்றும் P இல்: V ∝ n  ⟹  V / n = மாறிலி  ·  இரு நிலைகளுக்கு: V₁ / n₁ = V₂ / n₂  ·  n = N / L

இங்கு L என்பது அவகாத்ரோவின் மாறிலி (Avogadro's constant) — இலங்கைப் பாடத்திட்டத்தில் இக்குறியீடே பயன்படுத்தப்படுகின்றது.

உதாரணம்
ஒரு குறித்த T, P இல் 0.50 mol ஒட்சிசன் 11.2 dm³ ஆகும். 1.50 mol ஒட்சிசன் எவ்வளவு கனவளவு அடைக்கும்? V₁/n₁ = V₂/n₂ ⟹ V₂ = 11.2 × 1.50 ÷ 0.50 = 33.6 dm³ — மூல் எண்ணிக்கை மூன்று மடங்காக, கனவளவும் மூன்று மடங்கானது.

2 STP-இல் மூலர் கனவளவு

அவகாத்ரோவின் விதியின் நேரடி விளைவாக, ஒரே வெப்ப அமுக்க நிபந்தனைகளில் எந்த வாயுவின் ஒரு மூலும் ஒரே கனவளவையே அடைக்கின்றது — இதுவே மூலர் கனவளவு (molar volume). சாதாரண வெப்ப அமுக்க நிலையில் (STP: 0 °C, 1 atm), எந்த இலட்சிய வாயுவின் ஒரு மூலும் 22.414 dm³ கனவளவை அடைக்கின்றது.

STP (0 °C, 1 atm) இல் மூலர் கனவளவு = 22.414 dm³ mol⁻¹ ≈ 22.4 dm³ mol⁻¹

இந்தப் பெறுமானம் வாயுவின் அடையாளத்தைப் பொறுத்ததல்ல — ஒட்சிசன், ஐதரசன், காபனீரொட்சைட்டு உள்ளிட்ட எல்லா வாயுக்களுக்கும் ஏறத்தாழ ஒரே பெறுமானமே கிடைக்கின்றது; இது பரிசோதனை மூலம் உறுதிப்படுத்தப்பட்டதாகும் (உ.ம். KMnO₄ வெப்பச் சிதைவால் விடுவிக்கப்படும் O₂ இன் கனவளவு தரவு). ஆகவே STP இல் தரப்பட்ட ஒரு வாயுவின் கனவளவைத் தெரிந்தால், அதனை 22.414 ஆல் வகுப்பதன் மூலம் மூல் எண்ணிக்கையை நேரடியாகக் கணிக்க முடியும். அதே போல RTP (25 °C, 1 bar) இல் மூலர் கனவளவு 24.79 dm³ ஆகும் — வெப்பநிலை மாறினால் இந்தப் பெறுமானமும் மாறும் என்பதை நினைவில் கொள்க.

3 வாயு மாறிலி R, PV = nRT

போயில், சாள்ஸ், அவகாத்ரோ ஆகிய மூன்று விதிகளையும் ஒன்றிணைத்து, தொகை n-ஐயும் உள்ளடக்கும்போது கிடைப்பதே இலட்சிய வாயுச் சமன்பாடு (ideal gas equation). இது ஒரு வாயுவின் நிலையை முழுமையாக விபரிப்பதனால் நிலைச் சமன்பாடு (equation of state) எனவும் அழைக்கப்படுகின்றது.

PV = nRT  ·  STP தரவிலிருந்து R = 8.314 J K⁻¹ mol⁻¹

STP இல் ஒரு மூல் வாயுவின் கனவளவு 22.414 dm³ என்னும் பரிசோதனை முடிவைப் பயன்படுத்தி, R = PV ÷ nT எனக் கணக்கிட்டே இந்த மாறிலியின் பெறுமானம் பெறப்படுகின்றது. இது எல்லா வாயுகட்கும் ஒரே பெறுமானத்தைக் கொண்ட உலகளாவிய மாறிலியாகும். PV = nRT சமன்பாட்டை n = திணிவு ÷ M எனவும், அடர்த்தி ρ = திணிவு ÷ V எனவும் மாற்றி எழுதினால், ஒரு வாயுவின் அடர்த்தியிலிருந்து அதன் மூலர் திணிவை நேரடியாகக் கணிக்கும் ஒரு பயனுள்ள வடிவம் கிடைக்கின்றது.

M = ρRT / P  (அடர்த்தியிலிருந்து மூலர் திணிவு)  ·  N = PVL / RT  ·  kB = R / L = 1.38 × 10⁻²³ J K⁻¹ (போற்சுமன் மாறிலி)
பொதுவான தவறு
PV = nRT பயன்படுத்தும்போது அலகுகள் R இன் பெறுமானத்துடன் பொருந்த வேண்டும் — R = 8.314 J K⁻¹ mol⁻¹ எனின் அமுக்கம் Pa இலும், கனவளவு m³ இலும் இருக்க வேண்டும் (dm³ ஐ × 10⁻³ ஆல் மாற்றுங்கள்).

4 டால்ட்டனின் பகுதியமுக்க விதி

தம்முள் இரசாயன ரீதியில் தாக்கமுறாத வாயுக்களைக் கொண்ட ஒரு கலவையில், ஒவ்வொரு வாயுவும் மொத்த அமுக்கத்திற்குத் தனித்தனியாகப் பங்களிப்புச் செய்கின்றது. ஒரு கூறு வாயு, அதே வெப்பநிலையில் அக்கொள்கலனை முழுவதுமாகத் தனித்து அடைக்கும்போது உஞற்றும் அமுக்கமே அதன் பகுதியமுக்கம் (partial pressure) என வரையறுக்கப்படுகின்றது. ஏனைய வாயுக்கள் இருப்பது இந்தப் பெறுமானத்தை மாற்றுவதில்லை; ஏனெனில் தாக்கமுறாத வாயு மூலக்கூறுகள் ஒன்றையொன்று கவராமலும் தடுக்காமலும் சுயாதீனமாக இயங்குகின்றன. தொகுதியின் மொத்த அமுக்கம் இக்கூறு அமுக்கங்களின் கூட்டுத்தொகைக்குச் சமனாகும்.

Pமொத்தம் = p₁ + p₂ + p₃ + …  ·  இலட்சிய வாயுச் சமன்பாட்டிலிருந்து நிரூபிக்கப்படுகின்றது: pA = nART/V
உதாரணம்
0.30 mol N₂ உம் 0.20 mol O₂ உம் 2.0 dm³ கொள்கலனில் 300 K இல் உள்ளன. p(N₂) = 0.30×8.31×300÷0.002 = 3.74×10⁵ Pa; p(O₂) = 2.49×10⁵ Pa; Pமொத்தம் = 6.23×10⁵ Pa.

5 மூல்பின்னம் தொடர்பாகப் பகுதியமுக்கம்

ஒரு கூறின் மூல்பின்னம் (mole fraction) என்பது அக்கூறின் மூல்களை, கலவையின் மொத்த மூல்களால் வகுத்துப் பெறப்படும் பெறுமானம் — xA = nA ÷ n. pA = nART/V ஐயும் Pமொத்தம் = nRT/V ஐயும் ஒன்றை ஒன்றால் வகுக்கும்போது RT/V என்னும் காரணி நீங்கிவிட, எஞ்சுவது pA/Pமொத்தம் = xA ஆகும். ஆகவே ஒரு கூறு வாயுவின் பகுதியமுக்கம் அதன் மூல்பின்னத்திற்கும் மொத்த அமுக்கத்திற்கும் இடையிலான பெருக்கத்திற்குச் சமமாகும்.

pA = xA × Pமொத்தம்
உதாரணம்
0.8 mol N₂ உம் 0.2 mol O₂ உம் கொண்ட கலவையின் மொத்த அமுக்கம் 1.00 atm. x(N₂)=0.8, x(O₂)=0.2 ⟹ p(N₂)=0.80 atm, p(O₂)=0.20 atm. (சரிபார்ப்பு: மூல்பின்னங்களின் கூட்டுத்தொகை எப்போதும் 1.)

6 ஈரமான வாயுவுக்கான திருத்தம்

ஒரு தாக்கத்தில் உருவாகும் வாயுவை நீரின்மீது நீரை இடம்பெயர்த்துச் சேகரிக்கும் நுட்பம் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படுகின்றது. ஆனால் இவ்வாறு சேகரிக்கப்படும் வாயு தூய்மையானதல்ல; நீர் ஆவியாதலால் பெறப்படும் நீராவியும் அதனுடன் கலந்துவிடும். ஆகவே கொள்கலனுள் அளக்கப்படும் மொத்த அமுக்கத்தில் வாயுவின் பகுதியமுக்கமும், நீராவியின் நிரம்பலாவி அமுக்கமும் (saturated vapour pressure) சேர்ந்திருக்கின்றன — இது டால்ட்டனின் விதியின் நேரடி நடைமுறைப் பயன்பாடு.

p(உலர் வாயு) = Pமொத்தம் − p(நீராவி)
உதாரணம்
27 °C இல் 760 mmHg மொத்த அமுக்கத்தில் O₂ நீரின்மீது சேகரிக்கப்படுகின்றது; அவ்வெப்பநிலையில் நீராவியின் அமுக்கம் 26.7 mmHg. p(O₂) = 760 − 26.7 = 733.3 mmHg.
பொதுவான தவறு
நீரின்மீது சேகரிக்கப்படும் வாயு பற்றிய வினாக்களில், மொத்த அமுக்கத்திலிருந்து நீராவியின் அமுக்கத்தைக் கழிக்க மறவாதீர்கள் — இது அடிக்கடி விடுபடும் ஒரு படியாகும்.
learn.gtdigital.tech · A/L இரசாயனவியல் · அலகு 4 கோபிரமணன் திருசெந்திவேல், MSc