🔟 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 சுமாரு 14 மடங்கு இலேசானது
நீரில் சிறிதளவே கரையும்
எரியக்கூடியது (Flammable) — ஒட்சிசனுடன் தாக்கி எரிந்து நீர் உருவாகிறது: 2H₂ + O₂ → 2H₂O

தயாரிப்பு (Preparation)

ஆய்வக முறை: நீர்த்த சல்பியூரிக் அமிலம் (dilute H₂SO₄) + துத்தநாக உலோகம் (Zinc, Zn)

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

வேறு முறை (நீரோட்ட அமிலம்):
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 உருவாக்கம் — உரங்கள்)
நீரகமாக்கல் (Hydrogenation): தாவர எண்ணெயை திடப் பொருளாக மாற்றுதல் (வனஸ்பதி)
எரிபொருள் கலங்கள் (Fuel cells): மூலக்கூற்று ஐதரசன் எரிசக்தி
விண்கப்பல் எரிபொருள்: திரவ ஐதரசன் ராக்கெட்
பலூன்கள் தூக்குதல் (historical — ஆபத்தானது, 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 இது போதுமானது)

தயாரிப்பு (Preparation)

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

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

குறிப்பு: MnO₂ = வினையூக்கி (catalyst) — தாக்கத்தில் பங்கெடுக்காமல் தாக்க வேகத்தை அதிகரிக்கிறது.

சேகரிப்பு (Collection)

ஒட்சிசன் நீரில் மிகவும் குறைவாக கரைவதால், தண்ணீர் மேல்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி முறை (upward displacement of water) மூலம் சேகரிக்கப்படுகிறது. இது தூய்மையான வாயு சேகரிப்பிற்கு சிறந்த முறை.

சோதனை (Test)

ஒட்சிசன் சோதனை:
மின்னும் சிதறல் (Glowing splint) — ஒரு மரக்கோலை எரியவைத்து, நிறுத்தி, மின்னும் நிலையில் வாயு குழலில் நுழைக்கும்போது கோல் மீண்டும் எரியும் (relights) — வாயு ஒட்சிசன் என்று அறிகிறோம்.

பயன்பாடுகள் (Uses)

சுவாசித்தல் (Respiration): அனைத்து உயிரினங்களுக்கும் அடிப்படை
மருத்துவமனை (Medical): நோயாளிகளுக்கு செயற்கை சுவாசம்
ஒட்சி-அசெட்டிலீன் வெல்டிங் (Oxy-acetylene welding): உலோக வெல்டிங் மற்றும் வெட்டுதல்
நீர் சுத்திகரிப்பு (Water treatment): ஓசோன் (O₃) உருவாக்கம்

16.3 கரியமில வாயு (Carbon Dioxide, CO₂)

இயல்புகள் (Properties)

நிறமற்ற, மணமற்ற வாயு
காற்றைவிட கனமானது (அடர்த்தி அதிகம்)
எரிதலை ஆதரிக்காது — தன்னால் எரியாது, எரியும் பொருட்களை தீர்க்கவும் செய்யாது
நீரில் கரையும்போது அமிலமாகிறது: CO₂ + H₂O → H₂CO₃ (கார்பொனிக் அமிலம்)

தயாரிப்பு (Preparation)

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

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

சேகரிப்பு (Collection)

CO₂ காற்றைவிட கனமானது → மேல்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி முறை (upward displacement of air) — வாயு கீழிருந்து நுழைந்து கொள்கலனில் சேரும்.

சோதனை (Test)

கரியமில வாயு சோதனை (Limewater test):
வாயுவை 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 = வெண்படிவு (white precipitate) → பால் நிறம்

பயன்பாடுகள் (Uses)

தீயணைப்பான் (Fire extinguisher): CO₂ ஒட்சிசனை விலக்கி தீயை அணைக்கிறது
குளிர்பானங்கள் (Carbonated drinks): சோடா, கோலா — CO₂ கலக்கப்படுகிறது
உலர் பனிக்கட்டி (Dry ice): திட CO₂ — குளிர்பதன பயன்பாடு
ஒளிசேர்க்கை (Photosynthesis): தாவரங்கள் CO₂ + H₂O → சர்க்கரை + O₂
சாகுபடி வளைவு (Agricultural greenhouses): CO₂ அதிகரிக்கும்போது தாவர வளர்ச்சி அதிகரிக்கும்

சுற்றுச்சூழல் பிரச்சனை (Environmental Problem)

CO₂ ஒரு வளிமண்டல வெப்பமயமாதல் வாயு (Greenhouse gas). நிலக்கரி, எண்ணெய் எரிவதால் வளிமண்டலத்தில் CO₂ அளவு அதிகரிக்கிறது → பூமியின் வெப்பநிலை ஏறுகிறது → உலகளாவிய வெப்பமயமாதல் (Global warming).

16.4 அமோனியா (Ammonia, NH₃)

இயல்புகள் (Properties)

நிறமற்ற வாயு
கூரிய வீறிடும் வாசனை (Pungent smell) — மூக்கை எரிக்கும்
காற்றைவிட இலேசானது
நீரில் மிகவும் அதிகமாக கரையும் — 1 கன செ.மீ. நீரில் 700 கன செ.மீ. அமோனியா கரையும்!
நீரில் கரையும்போது காரமான கரைசல் தோன்றுகிறது: NH₃ + H₂O → NH₄OH (அமோனியம் ஐட்ராட்சைட்டு)

தயாரிப்பு (Preparation)

அமோனியம் உப்பு (NH₄Cl) + காரம் (Ca(OH)₂) 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 மற்றும் நீரில் மிகவும் அதிகமாக கரைவதால், நீரின் மேல்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி முறை பயன்படாது — காற்றின் கீழ்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி முறை (downward displacement of air) மட்டுமே பயன்படுகிறது.

சோதனை (Test)

அமோனியா சோதனை:
ஈரமான சிவப்பு லிட்மஸ் தாள் (moist red litmus paper) வாயுவின் அருகில் வைக்கும்போது நீல நிறமாக மாறுகிறது (turns blue).
காரணம்: NH₃ + H₂O → NH₄OH → OH⁻ அயன்கள் → காரம் (alkaline) → சிவப்பு லிட்மஸை நீலமாக மாற்றுகிறது.

பயன்பாடுகள் (Uses)

உரங்கள் (Fertilizers): ஹேபர் செயல்முறையில் NH₃ தயாரித்து அமோனியம் நைட்ரேட் (NH₄NO₃) போன்ற உரங்கள்
சுத்தப்படுத்தும் பொருட்கள் (Cleaning products): கண்ணாடி சுத்திகரிப்பு, கொழுப்பு நீக்கம்
குளிர்ச்சி வாயு (Refrigerant): குளிர்சாதன பெட்டியில் பழைய காலத்தில்
நைட்ரிக் அமிலம் (Nitric acid) தயாரிப்பு: வெடிபொருட்கள் தயாரிக்க

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↑	தண்ணீர் மேல்நோக்கி இடப்பெயர்ச்சி (குறைந்த கரைவு)	மின்னும் சிதறல்	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 vs NH₃ — எதிர்மறை 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; மின்னும் சிதறல் 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