கலவை
ஒரு குவளை தேனீரை கையில் ஏந்துகின்றீர்கள். அதில் என்ன என்ன இருக்கின்றன? — நீர், சர்க்கரை, தேயிலை சத்து, பால் — பல வகை பொருட்கள் ஒன்றுசேர்ந்து கலந்து உள்ளன. ஆனால் நீங்கள் தேனீரை தனிப்பொருளாகவே ருசிக்கின்றீர்கள்; சர்க்கரை தனியே, பால் தனியே ஒட்டிக்கொண்டிருக்கவில்லை. கடல் நீரை அள்ளி வந்தால் — அதில் உப்பு, மக்னீசியம், கல்சியம், கனிய சேர்மங்கள் எல்லாம் கரைந்து கிடக்கின்றன. காற்றில் — நைட்ரஜன், ஆக்சிசன், CO₂, நீராவி, அரிய வாயுக்கள். இவ்வாறு இரு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட பொருட்கள் வேதியியலாக ஒன்றோடொன்று வினையில் ஈடுபடாமல் சேர்க்கப்பட்ட சேர்வையே கலவை (mixture) என்கிறோம். இவ்வலகில் கலவையின் வகைகள், அவற்றின் அமைப்பை அளவிட்டுச் சொல்லும் வழிகள் (mass fraction, concentration, mole fraction), மற்றும் கலவைகளில் இருந்து கூறுகளை எவ்வாறு பிரித்தெடுப்பது — ஐந்து பிரித்தெடுப்பு முறைகளை — கற்போம்.
1. கலவையின் வகைகள் — ஒத்த + ஒத்தற்ற
கலவை ஒன்றில் கூறுகள் எவ்வாறு பரவியுள்ளன என்பதைப் பொறுத்து இரண்டு பெரும் வகை:
1.1 ஒத்த கலவை (Homogeneous mixture)
ஒரு கலவையின் எல்லாப் பகுதிகளிலும் கூறுகள் ஒரே வீத விகிதத்தில் கலந்துள்ளால் — அதாவது உப்புக்கரைசலை எங்கிருந்து சாம்பிள் எடுத்தாலும் ஒரே உப்புக் கரைதிறன் இருந்தால் — அது ஒத்த கலவை. பார்ப்பதற்கு ஒரே நிறமாக, ஒரே நிலையில் — கூறுகள் தனியாகத் தெரியாது.
உதாரணம்: உப்புக் கரைசல், சர்க்கரைக் கரைசல், காற்று, இரத்தத்தின் பிளாஸ்மா, தங்கம்-வெள்ளி alloy, brass.
1.2 ஒத்தற்ற கலவை (Heterogeneous mixture)
ஒரு கலவையின் பல்வேறு பகுதிகளில் கூறுகள் வேவ்வேறு அளவில் கலந்துள்ளால் — sample location-ஐப் பொறுத்து composition மாறுபடும்போது — அது ஒத்தற்ற கலவை. கூறுகள் தனித்தனியே பார்க்க முடியும்.
உதாரணம்: மண் (மணல் + களி + இலையடிமம்), இரத்தம் (செல் + பிளாஸ்மா), எண்ணெய்+நீர், சீமேட்டு கான்கிரீட், காற்றில் புகை.
⭐ ஒரே வரியில் ஒத்த = ஒரே மாதிரி எங்கிலும் (uniform composition). ஒத்தற்ற = வேறுபடும் (non-uniform). காற்று = ஒத்த; இரத்தம் = ஒத்தற்ற.
2. கலவை VS கூட்டுப்பொருள் — பிரித்துக் காண்க
இரண்டு பொருட்கள் சேர்ந்த எல்லாமே கலவை அல்ல. அவை வேதியியல் வினையில் ஈடுபடாமல் "physically" சேர்ந்தால் கலவை; வினையில் ஈடுபட்டு புதிய தனிமம் உருவாக்கினால் கூட்டுப்பொருள் (compound).
- தனிமம் = ஒரே atom (Fe, S, O₂).
- கூட்டுப்பொருள் = தனிமங்கள் வேதியியலாக சேர்ந்த புதிய பொருள் (H₂O, NaCl, CO₂). கூறுகள் fixed ratio-ல்.
- கலவை = வேதியியல் வினை இல்லாமல் கலந்தது. எந்த விகிதத்திலும் இருக்கலாம். Physical method-ஆல் பிரிக்க முடியும்.
உதாரணம் — இரும்பு + சல்பர் தூள் சேர்ந்த ஒரே கலவையில் காந்தத்தை வைத்தால் இரும்பு தனியே பிரியும் (physical separation). ஆனால் அதே கலவையை வெப்பப்படுத்தினால் — Fe + S → FeS — அப்போது FeS ஒரு கூட்டுப்பொருள்; காந்தத்தால் இரும்பு extract செய்ய முடியாது.
3. கலவையின் அமைப்பை அளவிடுதல் — பின்னம் / செறிவு
ஒரு கரைசலில் சர்க்கரை எவ்வளவு கலந்துள்ளது என்பதை எண்களால் சொல்ல எட்டு தோராய அளவீடுகள் உள்ளன. ஐந்து முக்கியமானவை இவை:
3.1 நிறை பின்னம் (Mass fraction)
நிறை பின்னம் = கரைதி நிறை ÷ கரைசலின் மொத்த நிறை. அலகற்றது.
உதா: 5 g உப்பை 100 g நீரில் கரைத்தால் — கரைசலின் மொத்த நிறை = 105 g; உப்பு நிறை பின்னம் = 5 ÷ 105 = 0.0476.
3.2 நிறையால் சதவீத கலவியம் (% mass / mass)
% m/m = (கரைதி நிறை ÷ கரைசலின் நிறை) × 100. மருந்து லேபல்களில் "5% w/w" என்று காண்பது இதே.
3.3 நிறையால் கனவளவு செறிவு (Mass concentration, g/dm³)
செறிவு = கரைதி நிறை (g) ÷ கரைசலின் கனவளவு (dm³). அலகு: g dm⁻³. மருத்துவ வழக்கில் glucose drip = 50 g/L.
3.4 மோல் செறிவு / மோலாரிட்டி (Molarity, mol/dm³)
C = n ÷ V, n = கரைதியின் மோல் எண்ணிக்கை, V = கனவளவு dm³. இது சமயோகங்கள் (stoichiometry) கணக்கீட்டுக்கு மிக முக்கியம்.
உதா: 1 mol NaOH-ஐ 1 dm³ நீரில் கரைத்தால் — 1 mol dm⁻³ NaOH கரைசல்.
3.5 மோல் பின்னம் (Mole fraction)
xA = nA ÷ ntotal. ஒரு கூறின் mole count, மொத்த mole count-உக்கான பின்னம். எல்லா கூறுகளின் mole fraction கூட்டுத்தொகை = 1.
உதா: 180 g நீர் (10 mol) + 40 g NaOH (1 mol) → x(NaOH) = 1/(10+1) = 1/11.
⚠ பரீட்சை வாரியான குழப்பம் "g/dm³" (mass concentration) ≠ "mol/dm³" (molarity). மொலார் திணிவால் (g/mol) வகுத்தால் ஒன்றை மற்றொன்றாக மாற்றலாம். கேள்வி யுனிட்-ஐ கவனமாகப் பாருங்கள்.
4. கரைதிறன் (Solubility)
ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில், 100 g நீரில் இறுதியாகக் கரையக்கூடிய கரைதியின் நிறையை அக்கரைதியின் கரைதிறன் (solubility) என்போம். அலகு: g/100 g நீர். கரைதிறன் வெப்பநிலையைப் பொறுத்து மாறுபடும் — அதே சர்க்கரை சூடான தேனீரில் வேகமாக + அதிகம் கரையும்; குளிர்ந்த நீரில் குறைவு.
- பெரும்பாலான திட கரைதிகள் — வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது கரைதிறன் அதிகரிக்கும்.
- வளி கரைதிகள் (CO₂, O₂) — வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது கரைதிறன் குறையும். அதனாலேயே சூடான நீரில் சுவாசிக்கும் மீன் survive ஆகாது.
⭐ Salty fact 100 g 25°C நீரில் — NaCl கரைதிறன் ≈ 36 g; KNO₃ ≈ 38 g. அதே 100 g நீரில் 80°C-ல் NaCl மாறாது (~38 g), ஆனால் KNO₃ ≈ 170 g — temperature-sensitive crystallization-க்குப் பயனாக.
5. கலவைகளைப் பிரித்தெடுக்கும் முறைகள் — 5
கூறுகளுக்குள் உள்ள இயற்பியல் பண்பு வேறுபாடுகளை (கரைதிறன், கொதி நிலை, துகள் அளவு, காந்த பண்பு, அதிசுசனம்) வைத்து கலவையை பிரிக்கின்றோம்.
5.1 பொறிவடைதல் / Decantation
கனமான திண்மம் தாழியின் அடியில் தங்கியதன் பிறகு, மேலே நின்ற தூய திரவத்தை மெதுவாக ஊற்றி பிரித்தெடுத்தல். உதா: தண்ணீர் + மணல்; எண்ணெய் + நீர் (separating funnel-ல்).
5.2 சல்லடை / Filtration
Filter paper-ஐ funnel-ல் வைத்து, கலவையை ஊற்றினால் — கரையாத திண்ம துகள்கள் filter-ல் நிற்கும்; திரவம் கீழே சேகரிக்கப்படும். உதா: மண்-நீர், சுண்ணாம்பு-நீர். துகள் அளவு வேறுபாட்டை பயன்படுத்தும் முறை.
5.3 படிகமாதல் / Crystallization
கரைசலை சூடேற்றி நீரை வெளியேற்றி, கரைதியை crystalline solid-ஆக வீழ்படிய வைத்தல். உதா: CuSO₄·5H₂O பளிங்கு படிகங்கள், கடல் உப்பு உற்பத்தி (உப்பளம்).
5.4 பிரித்தாக்கும் வடித்தல் / Simple Distillation
கரைசலை சூடேற்றி திரவத்தை வளிமமாக்கி, condenser-ல் மீண்டும் திரவமாக மாற்றி தனியாக சேகரித்தல். கொதி நிலை வேறுபாட்டை வைத்த முறை. உதா: உப்பு-நீர் கலவையிலிருந்து தூய நீர் பெறல்.
5.5 பகுதிப் பிரித்தாக்க வடித்தல் / Fractional Distillation
பல திரவங்களுக்கு கொதி நிலை மிக நெருங்கி இருந்தால் — fractionating column-ஐ பயன்படுத்தி படிப்படியாகப் பிரித்தல். உதா: கச்சா எண்ணெய் (crude oil) → petrol, diesel, kerosene, bitumen — ஒவ்வொன்றும் வேறு கொதி-நிலை fraction.
5.6 நிறப்பகுப்பாய்வு / Chromatography
கலவையின் கூறுகள் stationary phase (filter paper / silica) மீது mobile phase (solvent) ஓடும்போது வெவ்வேறு வேகத்தில் நகர்வதன் மூலம் பிரிக்கப்படுகின்றன. உதா: இலையின் நிறமிகளை (chlorophyll a + b + carotenoids) பிரித்தல், ink-ல் கலந்த நிறமிகள் பிரித்தல்.
5.7 காந்த பிரிப்பு / Magnetic separation
காந்தப் பண்புள்ள கூறை (Fe, Co, Ni) காந்தம் ஈர்த்து வேறு கூறுகளிலிருந்து தனியே எடுத்தல். உதா: இரும்பு + சல்பர் தூள் கலவையில் இரும்பை magnet-ஆல் separate.
5.8 அதிசுசனத் தொனிவு / Sublimation
ஒரு கூறு solid → gas நேராக மாறும் (sublime). சூடேற்றி, பின்னர் thicker plate-ல் cool ஆகி reform ஆகும். உதா: NH₄Cl + NaCl கலவையிலிருந்து NH₄Cl-ஐ அதிசுசனம் மூலம் பிரித்தல்.
⭐ முறையைத் தேர்வுசெய்ய key
கரையாத திண்மம் + திரவம் → சல்லடை (filtration).
கரைந்த கரைதி + திரவம் → வடித்தல் (distillation) அல்லது படிகமாதல் (crystallization).
கொதி-நிலை அருகில் உள்ள 2 திரவம் → பகுதிப்பிரித்தாக்கம் (fractional).
நிறமிகள் / proteins → chromatography.
இரும்பு கலந்தது → magnet.
6. மிக நெருங்கிய கரைசல்கள் (saturated / unsaturated / supersaturated)
ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில், கரைய இயலுமான அதிகபட்ச கரைதியைக் கொண்ட கரைசலை நிறை கரைசல் (saturated) என்போம் — இதற்கு மேல் கூடுதலாக கரைதி சேர்த்தால் கீழே precipitate ஆகின்றது. அளவுக்கு குறைவாக கரைதி இருந்தால் நிறையற்ற கரைசல் (unsaturated). சாதாரண நிறை அளவுக்கு மேல் (கவனமாக சூடேற்றி + slow cooling-ஆல்) கரைய வைக்கப்பட்ட கரைசல் மிகை நிறை கரைசல் (supersaturated) — disturb ஆனால் உடனே crystal form ஆகும். (rock candy தயாரிப்பின் அடிப்படை.)
✅ விரைவுச் சோதனை
முக்கியக் கருத்துக்களை உறுதிப்படுத்துங்கள். தவறான விடைகள் உங்கள் தவறுக் குறிப்பேட்டில் சேமிக்கப்படும்.
🖊 கட்டுரை வினாக்கள் (பகுதி II)
பரீட்சை வடிவில் கட்டமைப்பு வினாக்கள். முதலில் நீங்களே எழுதுங்கள்; பின்னர் மாதிரி விடையைத் திறந்து சரிபாருங்கள்.
(ஆ) ஒத்த + ஒத்தற்ற கலவைகளை ஒவ்வொன்றுக்கும் இரு உதாரணங்களுடன் விளக்குக. (6 புள்.) (10 புள்ளி)
விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:
- வரையறை — 2+ பொருட்கள் வேதியியல் வினையில்லாமல்.
- 3 வேறுபாடுகள் — composition (variable vs fixed), bond (no vs yes), separation (physical vs chemical).
- ஒத்த — uniform composition; உதா: உப்புக்கரைசல், காற்று.
- ஒத்தற்ற — non-uniform; உதா: மண், எண்ணெய்+நீர்.
கூட்டுப்பொருளுக்கும் கலவைக்கும் வேறுபாடுகள்:
| பண்பு | கலவை | கூட்டுப்பொருள் |
|---|---|---|
| Composition | Variable (any ratio) | Fixed (definite ratio, e.g. H:O = 2:1 in H₂O) |
| Bond | வேதியியல் bond இல்லை | Atoms chemically bonded |
| Separation | Physical method (filter, distill, magnet) | Chemical reaction மட்டுமே |
(ஆ) ஒத்த கலவை (homogeneous): கூறுகள் முழுவதிலும் ஒரே வீத விகிதத்தில் கலந்துள்ளவை. பார்ப்பதற்கு ஒரே நிறம், ஒரே நிலை — sample location-ஐ பொறுத்தில்லாமல் composition same.
உதா-1: உப்புக் கரைசல் — beaker-ன் மேலிலிருந்தும் கீழிலிருந்தும் எடுத்தாலும் same salt concentration.
உதா-2: காற்று — N₂ (78%), O₂ (21%), Ar (0.9%), CO₂ (0.04%) ஒரே மாதிரி கலந்தது.
ஒத்தற்ற கலவை (heterogeneous): கூறுகள் வேறுவேறு பகுதிகளில் வேறுபடும் அளவில் கலந்தவை. கூறுகள் தனித்தனியே பார்க்க முடியும்; phase boundaries கண்ணுக்குப் புலப்படும்.
உதா-1: மண் — மணல், களி, இலையடிமம், சிறு கல்—ஒரு பகுதியில் அதிக மணல், மற்றொன்றில் அதிக களி.
உதா-2: எண்ணெய் + நீர் — immiscible, இரண்டு தனி layers; எண்ணெய் மேலே, நீர் கீழே (density வேறுபாட்டால்).
(ஆ) 0.2 mol/dm³ KCl-இன் 250 cm³ கரைசலை தயாரிக்க எத்தனை g KCl வேண்டும்? (K=39, Cl=35.5) (3 புள்.)
(இ) Mass fraction, mass concentration, molarity, mole fraction ஆகிய நான்கு அளவீடுகளின் அலகுகளைத் தருக. (3 புள்.) (10 புள்ளி)
விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:
- (அ) Molar mass = 40, n = 0.1 mol, V = 0.1 dm³, C = 1.0 mol/dm³.
- (ஆ) Molar mass KCl = 74.5, n = CV = 0.05 mol, m = 3.725 g.
- Units — mass fraction unitless, mass conc g/dm³, molarity mol/dm³, mole fraction unitless.
NaOH-ன் மொலார் திணிவு = 23 + 16 + 1 = 40 g mol⁻¹
n (NaOH) = நிறை / மொலார் திணிவு = 4 g / 40 g mol⁻¹ = 0.1 mol
V = 100 cm³ = 100/1000 = 0.1 dm³
C = n / V = 0.1 mol / 0.1 dm³ = 1.0 mol dm⁻³
(ஆ) தேவையான KCl நிறை:
KCl-ன் மொலார் திணிவு = 39 + 35.5 = 74.5 g mol⁻¹
n (KCl) = C × V = 0.2 mol/dm³ × 0.25 dm³ = 0.05 mol
நிறை = n × M = 0.05 × 74.5 = 3.725 g
(இ) அலகுகள் அட்டவணை:
| அளவீடு | சூத்திரம் | அலகு |
|---|---|---|
| நிறை பின்னம் (Mass fraction) | m(கரைதி) / m(கரைசல்) | அலகற்றது |
| நிறை செறிவு (Mass concentration) | m(கரைதி) / V(கரைசல்) | g dm⁻³ அல்லது g L⁻¹ |
| மோலாரிட்டி (Molarity) | n / V | mol dm⁻³ அல்லது mol L⁻¹ |
| மோல் பின்னம் (Mole fraction) | n_A / Σn | அலகற்றது |
விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:
- வரையறை — at given T, max கரைதி in 100 g water.
- அலகு g per 100 g water.
- திட — T↑ → solubility↑ (KNO₃ example).
- வளி — T↑ → solubility↓ (fish in warm water).
- Practical implications.
(1) திட கரைதிகள் — பெரும்பாலானவை T↑ → solubility↑:
KNO₃ classic உதாரணம் — 25°C-ல் ~38 g, 80°C-ல் ~170 g (4× அதிகரிப்பு). NaCl exception: temperature-ஆல் மிக சிறிது மட்டுமே மாறும் (~36g flat). CuSO₄, KCl, sugar — T↑ → solubility↑.
காரணம்: Solid dissolution பெரும்பாலும் endothermic (energy-consuming). High T → higher kinetic energy → lattice break easier → more dissolution.
நடைமுறை: சூடான தேனீரில் சர்க்கரை பெருமளவில் கரையும்; குளிர்ந்தபின் crystallize ஆகும். Industrial purification — hot dissolve → cool → pure crystals (recrystallization).
(2) வளி கரைதிகள் — T↑ → solubility↓ (நேர்மாறானது):
O₂, CO₂, N₂ — high T-ல் கரைதிறன் குறையும். 0°C நீரில் 14 mg/L O₂; 25°C-ல் 8 mg/L; 35°C-ல் 7 mg/L.
காரணம்: Gas dissolution typically exothermic (Le Chatelier — heat = product → high T pushes gas out). KE increase → gas molecules escape liquid.
உதாரணம் — மீன் survival: சூடான குளம்/நதி → கரைந்த ஆக்சிசன் (DO) குறை → மீன் suffocation. கோடைகாலத்தில் fish kill events common; thermal pollution from power plants கூட same effect.
உதாரணம் — Soda fizz: Cold soda-ல் CO₂ அதிகம் கரைந்திருக்கும்; சூடாக ஆக்கினால் pressure release → fizz வெளியேறி flat. அதனாலேயே refrigeration.
முடிவு: திடம் ↔ வாயு — opposite temperature behaviour. மக்கள் சாப்பாட்டிலும் (சூடான மருந்து கரைய), மீன்பிடியிலும் (குளிர் நீர் oxygen-rich), industry-ய்லும் (cooling crystallization) அன்றாடப் பயன்.
விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:
- Filtration — particle size, மண்-நீர்.
- Distillation — boiling point, sea water → fresh water.
- Fractional distillation — close BP liquids, crude oil.
- Crystallization — solubility curve, sea salt production.
- Chromatography — differential adsorption, leaf pigments.
Principle: Pore size வேறுபாடு. கரையாத திட துகள்கள் pore-ஐ விட பெரியவை → filter மீது நின்றுவிடும்; திரவம் pore-ஊடாக கீழே செல்லும்.
Use: கரையாத திண்மம் + திரவம் கலவையை பிரித்தல்.
உதா: மண்-நீர் கலவை; மருந்தாக்கு பாலாதலி suspended impurities; வீட்டுத் தண்ணீர் sand filter.
(2) எளிய வடித்தல் (Simple Distillation):
Principle: கொதி நிலை வேறுபாடு. திரவம் boil → vapour → condenser-ல் cool → liquid distillate; non-volatile solute flask-ல் மிஞ்சும்.
Use: கரைந்த uppu + நீர் கலவை.
உதா: கடல் நீர் → desalination → drinking water; perfume distillation; ethanol from fermented mash (first cut).
(3) பகுதிப் பிரித்தாக்கம் (Fractional Distillation):
Principle: Multiple boiling points அருகில் இருக்கும்போது fractionating column-உள் நிலைப்படியான separation. Vapour ஏற — cool plates-ல் reflux + revaporize repeatedly.
Use: கச்சா எண்ணெய் (crude oil) → petrol, diesel, kerosene, bitumen.
உதா: Petroleum refinery 60m tall column; whiskey distillery; liquid air → liquid N₂ + O₂ medical.
(4) படிகமாதல் (Crystallization):
Principle: Solubility temperature-dependent. Hot saturated solution + slow cool → solubility limit exceed → pure crystals form.
Use: கரைந்த uppu + impurities → pure crystals.
உதா: கடல் உப்பளம் (sun-driven evaporation); CuSO₄·5H₂O blue crystals lab; sugar industry; pharmaceutical drug purification.
(5) நிறப்பகுப்பாய்வு (Chromatography):
Principle: Mobile phase (solvent) over stationary phase (paper / silica) — components varying affinity → different rates of migration → separation.
Use: நிறமிகள், amino acids, drugs — small amounts purification + identification.
உதா: இலையின் chlorophyll a + b + carotenoid பிரிப்பு (school lab); forensic ink analysis; pharma quality control; modern HPLC + LC-MS sophisticated versions.
முறையைத் தேர்வுசெய்யும் key: கலவையின் physical property வேறுபாட்டை identify செய்து matching method தேர்வு செய்க — particle size (filter), BP (distill), solubility (crystallize), polarity (chromatography), magnetism (magnet).
விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:
- Unsaturated — kareithran-க்கு below.
- Saturated — at limit.
- Supersaturated — above limit, metastable.
- Preparation — heat dissolve + slow cool undisturbed.
- Disturbance → instant crystallization.
- Rock candy / hand warmers practical examples.
(1) நிறையற்ற கரைசல் (Unsaturated): கரைதியின் அளவு temperature-ல் கரைதிறன் limit-க்கு கீழே. கூடுதலாக கரைதி சேர்த்தால் கரைய முடியும். உதா: 25°C-ல் 20 g NaCl in 100 g water (limit 36 g).
(2) நிறை கரைசல் (Saturated): கரைதி அதிகபட்ச (கரைதிறன்) அளவில் உள்ளது — dynamic equilibrium. கூடுதலாக சேர்த்தால் கரையாமல் crystal form-ல் கீழே precipitate. உதா: 25°C-ல் 36 g NaCl in 100 g water = saturation point.
(3) மிகை நிறை கரைசல் (Supersaturated): Saturation point-க்கு மேலே, ஆனால் temporarily கரைந்த நிலை — மிக unstable (metastable). எந்தச் சிறு disturbance-ஆலும் excess solute crystal form-ல் வீழ்படியும்.
தயாரிப்பு வழி (preparation):
(1) Hot water (60-80°C) எடுக்கவும்.
(2) Excess solute (NaCl, sodium acetate, etc.) கரைய வைக்கவும் — high T-ல் higher solubility.
(3) Filter to remove any undissolved particles (nucleation site removal).
(4) கரைசலை slow + undisturbed cooling — air-tight container-ல், movement இல்லாமல், temperature gradient soft-ஆக.
(5) Cool solution = supersaturated (excess கரைந்த நிலையில் இருக்கின்றது, ஆனால் thermodynamically unstable).
Disturbance → crystallization:
• ஒரு tiny seed crystal drop செய்தாலோ, அல்லது container-ஐ tap செய்தாலோ — அக்கணமே excess solute pure crystals-ஆக mass-crystallize. அழகான cascade!
நடைமுறை உதாரணங்கள்:
Rock candy: Super-saturated sugar syrup-ல் string drop → string மீது large sugar crystals slowly grow. குழந்தைகளுக்குப் பிடித்த lab activity.
Hand warmer (sodium acetate): Heat pack-ல் supersaturated sodium acetate solution. Metal disc click செய்தபோது nucleation → exothermic crystallization → 54°C heat release.
Honey crystallization: Honey = supersaturated sugar in water. Long storage-ல் glucose crystals slowly form → cloudy/grainy honey. Heat-ஆல் re-dissolve.
Cloud formation: Supersaturated water vapour atmosphere-ல் — dust particles seed → condensation → cloud droplet. Atmospheric chemistry-ல் same principle.
விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:
- Salt solution — homogeneous mixture; distillation/crystallization.
- Air — homogeneous; fractional distillation of liquid air.
- Soil — heterogeneous; sieving + filtration.
- Oil-water — heterogeneous; separating funnel.
- Brass — homogeneous (alloy); chemical methods only.
|---|---|---|
| உப்புக் கரைசல் | ஒத்த கலவை (NaCl dissolved uniformly in water) | Simple distillation (BP difference) → distillate = pure water; flask residue = solid NaCl. அல்லது evaporation/crystallization → salt crystals. |
| காற்று | ஒத்த கலவை (N₂ 78%, O₂ 21%, Ar 0.9%, CO₂ 0.04% uniform mix of gases) | Liquefaction + fractional distillation. காற்றை −200°C-ஆக cool → liquid air → fractionating column — N₂ first (BP −196°C), then Ar, then O₂ (BP −183°C). Medical O₂, industrial N₂ ఇதே. |
| மண் | ஒத்தற்ற கலவை (மணல், களி, அழியடிமம், சிறுகற்கள் — uneven) | (1) Sieving — particle size அளவின்படி பிரித்தல் (geological sieves). (2) நீர் சேர்த்து stir → settling → decantation → layers (gravel sink first, clay last). (3) Filtration of clay-water suspension. |
| எண்ணெய் + நீர் | ஒத்தற்ற கலவை (immiscible, two layers) | Separating funnel — heavier water layer (bottom) drain off via stopcock first; oil (lighter) remains in funnel and poured separately. Oil spill cleanup industrially scaled version. |
| Brass | ஒத்த கலவை — alloy (solid solution) Cu + Zn | Physical separation impossible at macroscopic scale. Chemical methods only — e.g., dissolve in acid → selectively precipitate metals. Practically expensive; alloys typically reused as alloys. |
Pattern recognition for choosing the method:
• Uniform appearance, single phase → likely homogeneous → distill/crystallize.
• Distinct layers/visible particles → heterogeneous → mechanical (filter, decant, separate funnel).
• Metal alloy → solid solution; rarely separated physically.
• Multiple miscible liquids close BP → fractional distillation.
• Insoluble solid + liquid → filtration.
விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:
- Molar mass ethanol = 46.
- n(ethanol) = 0.5 mol.
- n(water) = 10 mol.
- Mole fraction ethanol = 0.5/10.5 = 0.0476.
- % m/m = 23/203 × 100 = 11.33%.
- Mass concentration = 23/0.2 = 115 g/dm³.
• நீர் நிறை = 180 g
• Ethanol (C₂H₅OH) நிறை = 23 g
• கரைசலின் கனவளவு = 200 cm³ = 0.2 dm³
• Atomic masses: C=12, H=1, O=16
முதலில் molar masses கணக்கீடு:
• Ethanol C₂H₅OH = 2(12) + 6(1) + 16 = 24 + 6 + 16 = 46 g mol⁻¹
• நீர் H₂O = 2(1) + 16 = 18 g mol⁻¹
(1) Ethanol-ன் மோல் எண்ணிக்கை:
n(C₂H₅OH) = நிறை / மொலார் திணிவு = 23 / 46 = 0.5 mol
(2) Ethanol-ன் மோல் பின்னம்:
n(H₂O) = 180 / 18 = 10 mol
Mole fraction (ethanol) = n(ethanol) / [n(ethanol) + n(water)]
= 0.5 / (0.5 + 10) = 0.5 / 10.5
= 0.0476 (அலகற்றது)
(3) நிறை சதவீத கலவியம் (% m/m):
கரைசலின் மொத்த நிறை = 23 + 180 = 203 g
% m/m = (m(ethanol) / m(solution)) × 100
= (23 / 203) × 100
= 11.33%
(4) நிறை செறிவு (mass concentration, g dm⁻³):
C(mass) = m(ethanol) / V(solution in dm³)
= 23 g / 0.2 dm³
= 115 g dm⁻³
Bonus — Molarity:
C(molar) = n(ethanol) / V = 0.5 mol / 0.2 dm³ = 2.5 mol dm⁻³
முடிவு — அளவீடுகளின் ஒப்பீடு:
• Mass fraction = 23/203 = 0.113
• % m/m = 11.33%
• Mass concentration = 115 g/dm³
• Molarity = 2.5 mol/dm³
• Mole fraction = 0.0476
ஒவ்வொன்றும் ஒரே கரைசலை வெவ்வேறு perspective-ல் சொல்கின்றது — context-க்கு ஏற்ப ஒன்றை பயன்படுத்தலாம்.
🔥 மீட்டல் மையம்
பரீட்சைக்கு முன் இறுதி ஒரு நிமிடம் — மறக்கக்கூடாதவை மட்டும்.
- கலவை: 2+ பொருட்கள் வேதியியல் வினையில்லாமல் கலந்தது. கூறுகள் தங்கள் பண்புகளை இழக்காது.
- 2 வகை: ஒத்த (uniform — காற்று, salt soln) · ஒத்தற்ற (non-uniform — மண், எண்ணெய்+நீர்).
- கலவை VS கூட்டுப்பொருள்: Mixture ratio variable + physical separation; compound fixed ratio + chemical bond.
- 5 அளவீடுகள்: Mass fraction (unitless) · % m/m · Mass conc (g/dm³) · Molarity (mol/dm³) · Mole fraction.
- n = m/M; C = n/V. NaCl=58.5, NaOH=40, H₂O=18, ethanol=46.
- கரைதிறன்: 100g நீரில் கரையக்கூடிய max கரைதி @ given T. Solid: T↑ → solubility↑. Gas: T↑ → solubility↓.
- 3 கரைசல்: Unsaturated (below) · Saturated (at) · Supersaturated (above, unstable).
- பிரிப்பு 7 முறைகள்: Decantation, Filtration, Crystallization, Simple distillation, Fractional distillation, Chromatography, Magnetic.
- ⚠ Insoluble + liquid → filter. Soluble + liquid → distill/crystallize. Immiscible liquids → separating funnel. Close BP → fractional. Fe-containing → magnet.
- Brass = Cu+Zn alloy. Bronze = Cu+Sn. Steel = Fe+C. Air = N₂(78%)+O₂(21%)+Ar+CO₂.
அலகின் முதுகெலும்பு — கருத்துக்களும் தொடர்புகளும்.
- 1. வரையறை: கலவை = வேதியியல் வினை இல்லாமல் கலந்த 2+ பொருட்கள். எந்த விகிதத்திலும். கூறுகள் தங்கள் physical/chemical properties இழக்காது.
- 2. ஒத்த (homogeneous): Composition uniform எங்கும். உதா: உப்புக்கரைசல், காற்று, brass alloy. Single visible phase.
- 3. ஒத்தற்ற (heterogeneous): Composition non-uniform. உதா: மண், எண்ணெய்-நீர், granite, fruit salad. Visible phase boundaries.
- 4. கலவை VS கூட்டுப்பொருள்: Mixture variable + physical separation; Compound fixed + chemical bond. Fe + S கலவை → magnetic. Heat → FeS compound → no magnetic.
- 5. நிறை பின்னம்: m(கரைதி) / m(மொத்த கரைசல்). அலகற்றது.
- 6. % m/m: Mass fraction × 100. மருந்து labels.
- 7. நிறை செறிவு: m / V. அலகு g/dm³ அல்லது g/L. Glucose drip 50 g/L.
- 8. மோலாரிட்டி (C): n / V = mol/dm³. n = m/M. M(NaCl)=58.5, M(NaOH)=40, M(H₂O)=18.
- 9. மோல் பின்னம்: n_A / Σn. Σ = 1. Colligative properties.
- 10. கரைதிறன்: 100g நீரில் max கரைதி @ T. NaCl 25°C ≈ 36g (T-flat). KNO₃ 25°C 38g, 80°C 170g (steep).
- 11. வளி கரைதிறன்: T↑ → ↓. அதனாலேயே சூடான குளம் fish kill. P↑ → ↑ (Henry). Soda fizz.
- 12. நிறை வகை: Unsaturated (capacity உள்ளது) · Saturated (max @T) · Supersaturated (T cool, metastable, disturb → crystals).
- 13. Filtration: Insoluble solid + liquid. மண்-நீர்.
- 14. Distillation: Soluble solute + liquid; கடல் நீர் → fresh.
- 15. Fractional distillation: Close-BP liquids. Crude oil → petrol, diesel, kerosene, bitumen via column.
- 16. Crystallization: Hot saturated → cool slow → pure crystals. Sea salt, CuSO₄·5H₂O.
- 17. Chromatography: Paper / TLC. Pigments, ink, drugs.
- 18. Magnetic: Fe/Co/Ni component extract.
- 19. Sublimation: NH₄Cl + NaCl கலவையில் NH₄Cl-ஐ sublime.
- 20. Separating funnel: Immiscible liquids different density. எண்ணெய்-நீர்.
பரீட்சைக்கு முந்தின இரவு முழு அலகையும் ஓட்டிப் பார்.
- Mixture = no chemical reaction. Variable composition. Physical separation.
- Compound = chemical bond, fixed ratio. Chemical separation only.
- Homogeneous uniform → salt solution, air, alloys. Heterogeneous non-uniform → soil, oil-water, granite.
- 4 measures: Mass fraction (unitless), % m/m, mass conc g/dm³, molarity mol/dm³, mole fraction (unitless).
- Key formulas: n = m / M | C = n / V | x_A = n_A / Σn | %m/m = (m_solute/m_solution)×100
- Molar masses to remember: H₂O=18, NaCl=58.5, NaOH=40, CaCO₃=100, KNO₃=101.
- Solubility: 100g water-ல் max solute @ given T.
- Solid solute: T↑ → solubility↑ (KNO₃ 25°C 38g → 80°C 170g).
- Gas solute: T↑ → solubility↓ (fish in warm water suffer DO drop).
- 3 saturation states: Unsaturated < limit; Saturated = limit; Supersaturated > limit (unstable, disturb → mass crystallization).
- Separation method match:
• Insoluble solid + liquid → filter
• Soluble solid + liquid → distill / crystallize
• Close BP liquids → fractional distillation
• Immiscible liquids → separating funnel
• Pigments → chromatography
• Fe-containing → magnetic
• Sublime-able → sublimation - Real-world: Sea salt = sun evaporation; Petrol = crude oil fractional; Drinking water = sand filter + chlorination; Whisky = fractional distillation.
- ⚠ Trap: Brass = mixture (alloy) NOT compound; sea water = mixture; air = mixture; H₂O = compound; NaCl = compound.
- ⚠ g/dm³ ≠ mol/dm³. Convert via molar mass.
- ⭐ Saturation point at given T = dynamic equilibrium (dissolution rate = crystallization rate).
- 📋 Glossary: கலவை = mixture; கூட்டுப்பொருள் = compound; கரைதி = solute; கரைப்பான் = solvent; கரைதிறன் = solubility; நிறை பின்னம் = mass fraction; செறிவு = concentration; மோல் = mole; வடித்தல் = distillation; படிகமாதல் = crystallization; சல்லடை = filtration; நிறப்பகுப்பாய்வு = chromatography.