🔟 தரம் 10 · அலகு 16

சில முக்கிய வாயுக்கள்

Important gases (H2, O2, CO2, NH3)

★★★★★ ஐதரசன்ஒட்சிசன்கரியமில வாயுஅமோனியா

சுவாசிக்கிறீர்கள் — ஒட்சிசன் (Oxygen) இரத்தத்தில் கலக்கிறது. ஊதுகிறீர்கள் — கரியமில வாயு (Carbon dioxide) வெளியேறுகிறது. இந்த இரண்டு வாயுக்கள், ஒரு நாளில் 20,000 முறை இந்த நிசப்த பரிமாற்றத்தை செய்கின்றன. வாயுக்கள் தெரியாத நண்பர்கள் — தெரிந்துகொண்டால் இரசாயனம் உயிரில் ஒட்டிக்கொள்ளும்.

16.1 ஐதரசன் (Hydrogen, H₂)

இயல்புகள் (Properties)

நிறமற்ற, மணமற்ற, சுவையற்ற வாயு
மிகவும் இலேசான வாயு: காற்றைவிட ஏறத்தாழ 14 மடங்கு இலேசானது
நீரில் சிறிதளவே கரையும்
எரியக்கூடியது (Flammable): ஒட்சிசனுடன் தாக்கி எரிந்து நீர் உருவாகிறது: 2H₂ + O₂ → 2H₂O

தயாரிப்பு (Preparation)

ஆய்வக முறை: நீர்த்த சல்பியூரிக் அமிலத்துடன் (dilute H₂SO₄) துத்தநாக உலோகத்தைத் (Zinc, Zn) தாக்கச் செய்தல்.

தயாரிப்பு சமன்பாடு:
Zn(s) + H₂SO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + H₂(g)↑

வேறு முறை (ஐதரோகுளோரிக் அமிலத்துடன்):
Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(aq) + H₂(g)↑

சேகரிப்பு (Collection)

ஐதரசன் காற்றைவிட மிகவும் இலேசானது → கீழ்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி முறை (downward displacement of air) மூலம் சேகரிக்கப்படுகிறது. குழல் கீழே இறங்க வாயு மேலே சேகரிக்கப்படும் ஒரு கொள்கலனில் — இதை காற்றின் மேல்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி (upward displacement of air) என்றும் அழைக்கலாம்.

சோதனை (Test)

ஐதரசன் சோதனை:
எரியும் தீக்குச்சியை (burning splint) வாயுவின் அருகில் வைக்கும்போது "pop" என்ற சத்தம் (squeaky pop sound) கேட்கும் — வாயு ஐதரசன் என்று அறிகிறோம்.

பயன்பாடுகள் (Uses)

ஹேபர் செயல்முறை (Haber Process): N₂ + 3H₂ → 2NH₃ (அமோனியா உற்பத்தி; இது உரங்கள் தயாரிக்கப் பயன்படுகிறது)
நீரகமாக்கல் (Hydrogenation): தாவர எண்ணெயைத் திண்மப் பொருளாக மாற்றுதல் (வனஸ்பதி)
எரிபொருள் கலங்கள் (Fuel cells): மூலக்கூற்று ஐதரசனை எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தி சக்தி பெறுதல்
விண்கல எரிபொருள்: திரவ ஐதரசன் இராக்கெட்டுகளில் எரிபொருளாகப் பயன்படுகிறது
பலூன்களை மேலெழச் செய்தல் (வரலாற்றில் பயன்பட்டது; ஆபத்தானது என்பதால் இப்போது ஹீலியம் பயன்படுகிறது)

16.2 ஒட்சிசன் (Oxygen, O₂)

இயல்புகள் (Properties)

நிறமற்ற, மணமற்ற, சுவையற்ற வாயு
காற்றைவிட சற்று அதிக அடர்த்தி (இரண்டு மடங்கு கனமானது)
எரிதலை ஆதரிக்கிறது (Supports combustion): தானாக எரியாது; ஆனால் எரியும் பொருட்களை வேகமாக எரியச் செய்கிறது
நீரில் சிறிதளவு கரையும் (மீன்கள் வாழ இந்த அளவு போதுமானது)

தயாரிப்பு (Preparation)

முறை 1: ஐதரசன் பெராட்சைட்டின் சிதைவு (MnO₂ வினையூக்கி)
2H₂O₂(aq) →(MnO₂) 2H₂O(l) + O₂(g)↑

முறை 2: பொட்டாசியம் குலோரேற்றைச் சூடாக்குதல்
2KClO₃(s) →(MnO₂, heat) 2KCl(s) + 3O₂(g)↑

குறிப்பு: MnO₂ ஒரு வினையூக்கி (catalyst); அது தாக்கத்தில் பங்கெடுக்காமல் தாக்க வேகத்தை அதிகரிக்கிறது.

சேகரிப்பு (Collection)

ஒட்சிசன் நீரில் மிகவும் குறைவாகக் கரைவதால், நீரின் மேல்நோக்கிய இடப்பெயர்ச்சி முறை (upward displacement of water) மூலம் சேகரிக்கப்படுகிறது. தூய்மையான வாயுவைச் சேகரிக்க இது சிறந்த முறையாகும்.

சோதனை (Test)

ஒட்சிசன் சோதனை:
ஒளிரும் குச்சி (Glowing splint): ஒரு மரக்குச்சியை எரியவைத்து, சுடரை அணைத்து, கங்கு ஒளிரும் நிலையில் வாயு உள்ள குழலில் நுழைக்கும்போது குச்சி மீண்டும் எரியும் (relights). இதிலிருந்து வாயு ஒட்சிசன் என்று அறிகிறோம்.

பயன்பாடுகள் (Uses)

சுவாசித்தல் (Respiration): அனைத்து உயிரினங்களுக்கும் அடிப்படை.
மருத்துவமனை (Medical): நோயாளிகளுக்குச் செயற்கை சுவாசம் அளிக்க.
ஒட்சி-அசெட்டிலீன் வெல்டிங் (Oxy-acetylene welding): உலோகங்களை ஒட்டவும் வெட்டவும்.
நீர் சுத்திகரிப்பு (Water treatment): ஓசோன் (O₃) உருவாக்க.

16.3 கரியமில வாயு (Carbon Dioxide, CO₂)

இயல்புகள் (Properties)

நிறமற்ற, மணமற்ற வாயு
காற்றைவிட கனமானது (அடர்த்தி அதிகம்)
எரிதலை ஆதரிக்காது: தானும் எரியாது, எரியும் பொருட்களையும் தொடர்ந்து எரியவிடாது
நீரில் கரையும்போது அமிலமாகிறது: CO₂ + H₂O → H₂CO₃ (கார்பொனிக் அமிலம்)

தயாரிப்பு (Preparation)

மாபிள் துண்டுகள் (CaCO₃) + நீர்த்த HCl:
CaCO₃(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)↑

வேறு முறை: கல்சியம் காபனேற்றைச் சூடாக்குதல்:
CaCO₃(s) →(heat) CaO(s) + CO₂(g)↑

சேகரிப்பு (Collection)

CO₂ காற்றைவிட கனமானது என்பதால் மேல்நோக்கிய இடப்பெயர்ச்சி முறை (upward displacement of air) பயன்படுத்தப்படுகிறது. வாயு கீழிருந்து நுழைந்து கொள்கலனில் சேரும்.

சோதனை (Test)

கரியமில வாயு சோதனை (Limewater test):
வாயுவைச் சுண்ணாம்பு நீரில் (Ca(OH)₂ கரைசல்) கடத்தும்போது சுண்ணாம்பு நீர் பால் நிறமாக மாறுகிறது (turns milky).

சமன்பாடு: Ca(OH)₂(aq) + CO₂(g) → CaCO₃(s)↓ + H₂O(l)
CaCO₃ ஒரு வெண்படிவு (white precipitate); அதனாலேயே பால் நிறம் தோன்றுகிறது.

பயன்பாடுகள் (Uses)

தீயணைப்பான் (Fire extinguisher): CO₂ ஒட்சிசனை விலக்கித் தீயை அணைக்கிறது
குளிர்பானங்கள் (Carbonated drinks): சோடா, கோலா ஆகியவற்றில் CO₂ கலக்கப்படுகிறது
உலர் பனிக்கட்டி (Dry ice): திண்ம CO₂; குளிரூட்டலுக்குப் பயன்படுகிறது
ஒளித்தொகுப்பு (Photosynthesis): தாவரங்கள் CO₂ + H₂O → சர்க்கரை + O₂
விவசாயப் பசுமைக்குடில்கள் (Agricultural greenhouses): CO₂ அதிகரிக்கும்போது தாவர வளர்ச்சி அதிகரிக்கும்

சுற்றுச்சூழல் பிரச்சனை (Environmental Problem)

CO₂ ஒரு பசுமைக்குடில் வாயு (Greenhouse gas). நிலக்கரி, எண்ணெய் எரிவதால் வளிமண்டலத்தில் CO₂ அளவு அதிகரிக்கிறது. இதனால் பூமியின் வெப்பநிலை ஏறுகிறது; இதுவே உலகளாவிய வெப்பமயமாதல் (Global warming).

16.4 அமோனியா (Ammonia, NH₃)

இயல்புகள் (Properties)

நிறமற்ற வாயு
கூர்மையான நெடி (Pungent smell): மூக்கை எரிப்பது போன்ற உணர்வைத் தரும்
காற்றைவிட இலேசானது
நீரில் மிக அதிகமாகக் கரையும்: 1 கன செ.மீ. நீரில் 700 கன செ.மீ. அமோனியா கரையும்!
நீரில் கரையும்போது காரக் கரைசல் தோன்றுகிறது: NH₃ + H₂O → NH₄OH (அமோனியம் ஐதரொட்சைட்டு)

தயாரிப்பு (Preparation)

அமோனியம் உப்பையும் (NH₄Cl) காரத்தையும் (Ca(OH)₂) சேர்த்துச் சூடாக்குதல்:
2NH₄Cl(s) + Ca(OH)₂(s) →(heat) CaCl₂(s) + 2NH₃(g)↑ + 2H₂O(l)

தொழிற்சாலை முறை: ஹேபர் செயல்முறை (Haber Process):
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) [450°C, 200 atm, Fe வினையூக்கி]

சேகரிப்பு (Collection)

அமோனியா காற்றைவிட இலேசானது; மேலும் நீரில் மிக அதிகமாகக் கரைகிறது. எனவே நீரின் மேல்நோக்கிய இடப்பெயர்ச்சி முறையைப் பயன்படுத்த முடியாது; காற்றின் கீழ்நோக்கிய இடப்பெயர்ச்சி முறை (downward displacement of air) மட்டுமே பயன்படுகிறது.

சோதனை (Test)

அமோனியா சோதனை:
ஈரமான சிவப்பு லிட்மஸ் தாளை (moist red litmus paper) வாயுவின் அருகில் வைக்கும்போது அது நீல நிறமாக மாறுகிறது (turns blue).
காரணம்: NH₃ + H₂O → NH₄OH ஆகி OH⁻ அயன்கள் உருவாகின்றன. அதனால் கரைசல் காரத்தன்மை (alkaline) பெற்று, சிவப்பு லிட்மஸை நீலமாக மாற்றுகிறது.

பயன்பாடுகள் (Uses)

உரங்கள் (Fertilizers): ஹேபர் செயல்முறையில் NH₃ தயாரித்து, அதிலிருந்து அமோனியம் நைதரேற்று (NH₄NO₃) போன்ற உரங்கள் பெறப்படுகின்றன
சுத்தப்படுத்தும் பொருட்கள் (Cleaning products): கண்ணாடியைச் சுத்தம் செய்யவும் கொழுப்பை நீக்கவும்
குளிர்விக்கும் வாயு (Refrigerant): பழைய காலத்தில் குளிர்சாதனப் பெட்டிகளில் பயன்பட்டது
நைதரிக் அமிலம் (Nitric acid) தயாரிப்பு: வெடிபொருட்கள் தயாரிக்கப் பயன்படுகிறது

16.5 வாயு சோதனை ஒப்பீடு (Comparison of Gases)

வாயு	தயாரிப்பு	சேகரிப்பு முறை	சோதனை	சோதனை விளைவு	முக்கிய பயன்
H₂	Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑	காற்றின் மேல்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி (இலேசானது)	எரியும் தீக்குச்சி	"Pop" சத்தம்	ஹேபர் செயல்முறை, எரிபொருள்
O₂	2H₂O₂ →(MnO₂) 2H₂O + O₂↑	நீரின் மேல்நோக்கிய இடப்பெயர்ச்சி (குறைந்த கரைவு)	ஒளிரும் குச்சி	மீண்டும் எரிகிறது (Relights)	சுவாசம், வெல்டிங்
CO₂	CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑	மேல்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி (கனமானது)	சுண்ணாம்பு நீர்	பால் நிறம் (Milky)	தீயணைப்பான், குளிர்பானம்
NH₃	NH₄Cl + Ca(OH)₂ →(heat) CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O	காற்றின் கீழ்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி (இலேசானது + நீரில் கரையும்)	ஈர சிவப்பு லிட்மஸ்	நீல நிறமாகும்	உரங்கள் (ஹேபர் செயல்முறை)

CO₂, NH₃ ஆகியவற்றின் எதிர்மாறான இயல்புகள்

இயல்பு	CO₂	NH₃
காற்றில் அடர்த்தி	காற்றைவிட கனமானது (ρ > காற்று)	காற்றைவிட இலேசானது (ρ < காற்று)
நீரில் கரைவு	சிறிதளவு கரையும் → அமிலம்	மிக அதிகமாக கரையும் → காரம்
அமில, கார இயல்பு	அமிலமான வாயு (CO₂+H₂O→H₂CO₃)	காரமான வாயு (NH₃+H₂O→NH₄OH)
சேகரிப்பு முறை	மேல்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி (கீழிருந்து நுழையும்)	கீழ்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி (மேலிருந்து நுழையும்)
லிட்மஸ் விளைவு	நீல லிட்மஸை சிவப்பாக மாற்றும்	சிவப்பு லிட்மஸை நீலமாக மாற்றும்

கலைச்சொற்கள்

ஐதரசன் (Hydrogen) = H₂ — மிகவும் இலேசான வாயு; Pop சோதனை
ஒட்சிசன் (Oxygen) = O₂ — எரிதலை ஆதரிக்கிறது; ஒளிரும் குச்சி சோதனை
கரியமில வாயு (Carbon Dioxide) = CO₂ — கனமான வாயு; சுண்ணாம்பு நீர் சோதனை
அமோனியா (Ammonia) = NH₃ — கூரிய வாசனை; ஈர சிவப்பு லிட்மஸ் சோதனை
வினையூக்கி (Catalyst) = MnO₂ — தாக்கத்தில் பங்கெடுக்காமல் வேகம் அதிகரிக்கிறது
ஹேபர் செயல்முறை (Haber Process) = N₂ + 3H₂ → 2NH₃
சுண்ணாம்பு நீர் (Limewater) = Ca(OH)₂ கரைசல் — CO₂ சோதனை
மேல்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி = Upward displacement — கனமான வாயுக்களுக்கு
கீழ்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி = Downward displacement — இலேசான வாயுக்களுக்கு