கலவை
ஒரு குவளை தேநீரைக் கையில் ஏந்துங்கள். அதில் என்னென்ன இருக்கின்றன? நீர், சீனி, தேயிலைச் சாரம், பால் என்று பல பொருட்கள் ஒன்றாகக் கலந்துள்ளன. ஆனாலும் தேநீரை ஒரே பானமாகவே நாம் சுவைக்கிறோம்; சீனி ஒரு பக்கமும் பால் இன்னொரு பக்கமும் தனித்துத் தெரிவதில்லை. கடல் நீரிலும் உப்பு, மக்னீசியம், கல்சியம், கனியச் சேர்மங்கள் ஆகியவை கரைந்து கிடக்கின்றன. காற்றில் நைதரசன், ஒட்சிசன், CO₂, நீராவி, அரிய வாயுக்கள் ஆகியவை உள்ளன. இவ்வாறு இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட பொருட்கள் ஒன்றோடொன்று இரசாயனத் தாக்கத்தில் ஈடுபடாமல் சேர்ந்திருப்பதே கலவை (mixture) எனப்படும். இந்தப் பாடத்தில் கலவையின் வகைகளையும், அதன் அமைப்பை அளவிட்டுச் சொல்லும் வழிகளையும் (நிறைப் பின்னம், செறிவு, மோல் பின்னம்), கலவையிலிருந்து கூறுகளைப் பிரித்தெடுக்கும் ஐந்து முறைகளையும் கற்போம்.
1. கலவையின் வகைகள்: ஒத்த கலவையும் ஒத்தற்ற கலவையும்
கலவை ஒன்றில் கூறுகள் எவ்வாறு பரவியுள்ளன என்பதைப் பொறுத்து, கலவைகளை இரண்டு பெரும் வகைகளாகப் பிரிக்கலாம்.
1.1 ஒத்த கலவை (Homogeneous mixture)
ஒரு கலவையின் எல்லாப் பகுதிகளிலும் கூறுகள் ஒரே விகிதத்தில் கலந்திருந்தால் அது ஒத்த கலவை ஆகும். எடுத்துக்காட்டாக, உப்புக் கரைசலில் எந்த இடத்திலிருந்து மாதிரி எடுத்தாலும் அதிலுள்ள உப்பின் அளவு ஒரே விகிதத்தில் இருக்கும். இக்கலவை பார்ப்பதற்கு ஒரே நிறமாகவும் ஒரே நிலையிலும் தோன்றும்; கூறுகள் தனித்தனியாகத் தெரியாது.
எடுத்துக்காட்டுகள்: உப்புக் கரைசல், சீனிக் கரைசல், காற்று, இரத்தத்தின் பிளாஸ்மா, தங்கமும் வெள்ளியும் கலந்த உலோகக் கலவை (alloy), பித்தளை (brass).
1.2 ஒத்தற்ற கலவை (Heterogeneous mixture)
ஒரு கலவையின் பல்வேறு பகுதிகளில் கூறுகள் வெவ்வேறு அளவில் கலந்திருந்தால் அது ஒத்தற்ற கலவை ஆகும். மாதிரி எடுக்கும் இடத்துக்கு ஏற்ப அதன் இயைபு மாறுபடும். இக்கலவையில் கூறுகளைத் தனித்தனியாகப் பார்க்க முடியும்.
எடுத்துக்காட்டுகள்: மண் (மணல், களி, இலையடிமம் ஆகியவற்றின் கலவை), இரத்தம் (கலங்களும் பிளாஸ்மாவும்), எண்ணெயும் நீரும், சீமெந்துக் கொங்கிறீட், புகை கலந்த காற்று.
⭐ ஒரே வரியில் ஒத்த கலவை எங்கும் ஒரே இயைபு கொண்டது (uniform composition). ஒத்தற்ற கலவை இடத்துக்கு இடம் இயைபு மாறுவது (non-uniform). காற்று ஒத்த கலவை; இரத்தம் ஒத்தற்ற கலவை.
2. கலவைக்கும் கூட்டுப்பொருளுக்கும் உள்ள வேறுபாடு
இரண்டு பொருட்கள் சேர்ந்தால் அது எப்போதும் கலவை ஆகிவிடாது. அவை இரசாயனத் தாக்கத்தில் ஈடுபடாமல் இயற்பியல் முறையில் மட்டும் சேர்ந்திருந்தால் அது கலவை. அவை தாக்கத்தில் ஈடுபட்டு புதிய தனிமம் உருவானால் அது கூட்டுப்பொருள் (compound).
- தனிமம் ஒரே வகை அணுக்களால் ஆனது (Fe, S, O₂).
- கூட்டுப்பொருள் என்பது தனிமங்கள் இரசாயன முறையில் இணைந்து உருவான புதிய பொருள் (H₂O, NaCl, CO₂). இதில் கூறுகள் எப்போதும் ஒரு நிலையான விகிதத்தில் இருக்கும்.
- கலவை என்பது இரசாயனத் தாக்கம் இல்லாமல் கலந்தது. கூறுகள் எந்த விகிதத்திலும் இருக்கலாம். இயற்பியல் முறைகளால் அவற்றைப் பிரிக்க முடியும்.
எடுத்துக்காட்டாக, இரும்புத் தூளும் கந்தகத் தூளும் கலந்த கலவைக்கு அருகே காந்தத்தைக் கொண்டுசென்றால் இரும்பு தனியாகப் பிரிந்துவிடும் (இயற்பியல் முறைப் பிரிப்பு). ஆனால் அதே கலவையை வெப்பப்படுத்தினால் Fe + S → FeS என்ற தாக்கம் நடைபெறுகிறது. அப்போது உருவாகும் FeS ஒரு கூட்டுப்பொருள் என்பதால், காந்தத்தினால் அதிலிருந்து இரும்பைப் பிரித்தெடுக்க முடியாது.
3. கலவையின் அமைப்பை அளவிடுதல்: பின்னமும் செறிவும்
ஒரு கரைசலில் சீனி எவ்வளவு கலந்துள்ளது என்பதை எண்களால் சொல்ல எட்டு தோராய அளவீடுகள் உள்ளன. அவற்றுள் ஐந்து முக்கியமானவற்றை இங்கே காண்போம்.
3.1 நிறைப் பின்னம் (Mass fraction)
நிறைப் பின்னம் = கரைதியின் நிறை ÷ கரைசலின் மொத்த நிறை. இது இரண்டு நிறைகளின் விகிதம் என்பதால் இதற்கு அலகு இல்லை.
எடுத்துக்காட்டு: 5 g உப்பை 100 g நீரில் கரைத்தால் கரைசலின் மொத்த நிறை 105 g ஆகும். எனவே உப்பின் நிறைப் பின்னம் 5 ÷ 105 = 0.0476.
3.2 நிறையினால் சதவீதம் (% m/m)
% m/m = (கரைதியின் நிறை ÷ கரைசலின் நிறை) × 100. மருந்துப் போத்தல்களின் அட்டையில் "5% w/w" என்று எழுதப்பட்டிருப்பது இதையே குறிக்கிறது.
3.3 நிறைச் செறிவு (Mass concentration, g/dm³)
செறிவு = கரைதியின் நிறை (g) ÷ கரைசலின் கனவளவு (dm³). இதன் அலகு g dm⁻³ ஆகும். மருத்துவ வழக்கில் குளுக்கோசு ஏற்றும் கரைசலின் செறிவு இவ்வாறு குறிக்கப்படும்: glucose drip = 50 g/L.
3.4 மோல் செறிவு (Molarity, mol/dm³)
C = n ÷ V. இங்கு n என்பது கரைதியின் மோல் எண்ணிக்கை; V என்பது கரைசலின் கனவளவு (dm³). தாக்கங்களில் பங்குபெறும் பொருட்களின் அளவுகளைக் கணிக்கும்போது (stoichiometry) இது மிகவும் தேவைப்படுகிறது.
எடுத்துக்காட்டு: 1 mol NaOH ஐ நீரில் கரைத்து, கரைசலின் கனவளவை 1 dm³ ஆக்கினால் அது 1 mol dm⁻³ NaOH கரைசல் ஆகும்.
3.5 மோல் பின்னம் (Mole fraction)
xA = nA ÷ ntotal. அதாவது ஒரு கூறின் மோல் எண்ணிக்கையை, கலவையிலுள்ள மொத்த மோல் எண்ணிக்கையால் வகுக்கக் கிடைப்பதே அக்கூற்றின் மோல் பின்னம். எல்லாக் கூறுகளினதும் மோல் பின்னங்களின் கூட்டுத்தொகை எப்போதும் 1 ஆகும்.
எடுத்துக்காட்டு: 180 g நீர் (10 mol) உம் 40 g NaOH (1 mol) உம் கலந்தால், x(NaOH) = 1/(10+1) = 1/11.
⚠ பரீட்சையில் ஏற்படும் குழப்பம் "g/dm³" (நிறைச் செறிவு) வேறு; "mol/dm³" (மோல் செறிவு) வேறு. g/dm³ ஐ மொலார் திணிவால் (g/mol) வகுத்தால் mol/dm³ கிடைக்கும்; அதேபோல் மாற்றியும் செய்யலாம். எனவே கேள்வியிலுள்ள அலகை எப்போதும் கவனமாகப் பாருங்கள்.
4. கரைதிறன் (Solubility)
ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில், 100 g நீரில் இறுதியாகக் கரையக்கூடிய கரைதியின் நிறையை அக்கரைதியின் கரைதிறன் (solubility) என்போம். இதன் அலகு g/100 g நீர் ஆகும். கரைதிறன் வெப்பநிலையைப் பொறுத்து மாறுபடும். அதே சீனி சூடான தேநீரில் வேகமாகவும் அதிக அளவிலும் கரையும்; குளிர்ந்த நீரில் குறைவாகவே கரையும்.
- பெரும்பாலான திண்மக் கரைதிகளுக்கு, வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது கரைதிறனும் அதிகரிக்கும்.
- வாயுக் கரைதிகளுக்கு (CO₂, O₂), வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது கரைதிறன் குறையும். அதனால்தான் சூடான நீரில் மீன்களால் உயிர்வாழ முடிவதில்லை; அவற்றுக்குத் தேவையான கரைந்த ஒட்சிசன் அங்கு குறைவாக இருக்கும்.
⭐ Salty fact 100 g நீரில் 25°C இல் NaCl இன் கரைதிறன் ≈ 36 g; KNO₃ இன் கரைதிறன் ≈ 38 g. அதே 100 g நீரில் 80°C இல் NaCl இன் கரைதிறன் ஏறத்தாழ மாறாது (~38 g); ஆனால் KNO₃ இன் கரைதிறன் ≈ 170 g ஆக உயர்கிறது. எனவே வெப்பநிலையால் கரைதிறன் பெரிதும் மாறும் பொருட்களைப் படிகமாக்க இம்முறை பயன்படுகிறது.
5. கலவைகளைப் பிரித்தெடுக்கும் 5 முறைகள்
கூறுகளுக்கு இடையிலுள்ள இயற்பியல் பண்பு வேறுபாடுகளை (கரைதிறன், கொதி நிலை, துகள் அளவு, காந்தப் பண்பு, அதிசுசனம்) அடிப்படையாகக் கொண்டு கலவையைப் பிரிக்கிறோம்.
5.1 பொறிவடைதல் (Decantation)
கனமான திண்மம் பாத்திரத்தின் அடியில் தங்கியபின், மேலே நிற்கும் தெளிந்த திரவத்தை மெதுவாக ஊற்றிப் பிரித்தெடுக்கும் முறை இது. எடுத்துக்காட்டு: நீரும் மணலும்; எண்ணெயும் நீரும் (பிரிப்புக் குடுவையில் (separating funnel) பிரிக்கலாம்).
5.2 வடிகட்டல் (Filtration)
வடிதாளை (filter paper) புனலில் வைத்து, அதன் வழியாகக் கலவையை ஊற்றினால் கரையாத திண்மத் துகள்கள் வடிதாளில் தங்கும்; திரவம் கீழே சேகரிக்கப்படும். எடுத்துக்காட்டு: மண் கலந்த நீர், சுண்ணாம்பு நீர். இது துகள் அளவு வேறுபாட்டைப் பயன்படுத்தும் முறையாகும்.
5.3 படிகமாதல் (Crystallization)
கரைசலைச் சூடாக்கி நீரை ஆவியாக்குவதன் மூலம், கரைதியைப் படிகங்களாக வீழ்படியச் செய்யும் முறை இது. எடுத்துக்காட்டு: CuSO₄·5H₂O இன் நீலநிறப் படிகங்கள், உப்பளத்தில் கடல் உப்பு உற்பத்தி.
5.4 எளிய வடித்தல் (Simple Distillation)
கரைசலைச் சூடாக்கித் திரவத்தை ஆவியாக்கி, அந்த ஆவியைக் குளிர்விக்கும் குழாயில் (condenser) மீண்டும் திரவமாக மாற்றித் தனியாகச் சேகரிக்கும் முறை இது. இது கொதி நிலை வேறுபாட்டை அடிப்படையாகக் கொண்டது. எடுத்துக்காட்டு: உப்பு நீர்க் கலவையிலிருந்து தூய நீரைப் பெறுதல்.
5.5 பகுதிப் பிரித்தாக்க வடித்தல் (Fractional Distillation)
பல திரவங்களின் கொதி நிலைகள் ஒன்றுக்கொன்று மிக நெருக்கமாக இருக்கும்போது, பகுதிப் பிரித்தாக்க நிரலைப் (fractionating column) பயன்படுத்தி அவற்றைப் படிப்படியாகப் பிரிக்கிறோம். எடுத்துக்காட்டு: கச்சா எண்ணெயிலிருந்து பெற்றோல், டீசல், மண்ணெண்ணெய், தார் (bitumen) ஆகியவை பிரிக்கப்படுகின்றன; ஒவ்வொன்றும் வெவ்வேறு கொதி நிலை வீச்சில் பிரிகின்ற பகுதியாகும்.
5.6 நிறப்பகுப்பாய்வு (Chromatography)
இம்முறையில் கலவையின் கூறுகள், நிலையான நிலையின் (stationary phase; வடிதாள் அல்லது சிலிக்கா) மீது இயங்கு நிலை (mobile phase; கரைப்பான்) ஓடிச் செல்லும்போது வெவ்வேறு வேகத்தில் நகர்வதால் பிரிகின்றன. எடுத்துக்காட்டு: இலையிலுள்ள நிறமிகளைப் (chlorophyll a + b + carotenoids) பிரித்தல், மையில் கலந்துள்ள நிறமிகளைப் பிரித்தல்.
5.7 காந்தப் பிரிப்பு (Magnetic separation)
காந்தப் பண்புள்ள கூற்றை (Fe, Co, Ni) காந்தம் ஈர்ப்பதால், அதை மற்றக் கூறுகளிலிருந்து தனியாக எடுக்கலாம். எடுத்துக்காட்டு: இரும்புத் தூளும் கந்தகத் தூளும் கலந்த கலவையிலிருந்து இரும்பைக் காந்தத்தால் பிரித்தல்.
5.8 அதிசுசனம் (Sublimation)
ஒரு கூறு சூடாக்கப்படும்போது திண்மத்திலிருந்து நேரடியாக வாயுவாக மாறும் (sublime). அந்த வாயு குளிர்ந்த தட்டில் பட்டதும் மீண்டும் திண்மமாகப் படியும். எடுத்துக்காட்டு: NH₄Cl உம் NaCl உம் கலந்த கலவையிலிருந்து NH₄Cl ஐ அதிசுசனம் மூலம் பிரித்தல்.
⭐ முறையைத் தேர்ந்தெடுக்கும் வழி
கரையாத திண்மமும் திரவமும்: வடிகட்டல் (filtration).
கரைந்த கரைதியும் திரவமும்: வடித்தல் (distillation) அல்லது படிகமாதல் (crystallization).
கொதி நிலைகள் நெருக்கமான 2 திரவங்கள்: பகுதிப் பிரித்தாக்க வடித்தல் (fractional).
நிறமிகள் அல்லது புரதங்கள்: நிறப்பகுப்பாய்வு (chromatography).
இரும்பு கலந்திருந்தால்: காந்தம்.
6. நிரம்பிய, நிரம்பாத, மிகைநிரம்பிய கரைசல்கள்
ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் கரையக்கூடிய அதிகபட்ச கரைதியைக் கொண்ட கரைசலை நிரம்பிய கரைசல் (saturated) என்போம். இதற்கு மேலும் கரைதியைச் சேர்த்தால் அது கரையாமல் அடியில் படியும். கரையக்கூடிய அளவைவிடக் குறைவாகக் கரைதி இருந்தால் அது நிரம்பாத கரைசல் (unsaturated). சாதாரண நிரம்பல் அளவுக்கு மேலும் கரைதி கரைந்திருக்கும்படி (கவனமாகச் சூடாக்கி, மெதுவாகக் குளிர்வித்துப் பெறப்பட்ட) கரைசல் மிகைநிரம்பிய கரைசல் (supersaturated) ஆகும். இதைக் குலுக்கினாலோ தொந்தரவு செய்தாலோ உடனே படிகங்கள் உருவாகும். கல்கண்டு தயாரிப்பின் அடிப்படை இதுவே.
✅ 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.