“பனித்துண்டு விழுகிறது, ஆனால் நீண்ட நேரம் கிடக்காது அதன் இறகு போன்ற பிடி அன்னை பூமியின் மீது சூரியன் திரும்பும் முன் அது ஆவியாக மாறும் அது வந்த இடத்திலிருந்து, அல்லது பாறை சரிவில் கீழே விழும் நீரில்.”

ராட் ஓ’ கானர்

அறிமுகம்

முந்தைய அலகுகளில் பொருளின் ஒற்றை துகள் தொடர்பான பண்புகளைப் பற்றி நாம் கற்றுக்கொண்டோம், எடுத்துக்காட்டாக அணு அளவு, அயனியாக்கம் என்தால்பி, மின்னணு மின்னூட்ட அடர்த்தி, மூலக்கூறு வடிவம் மற்றும் முனைவுத்தன்மை போன்றவை. நாம் அறிந்திருக்கும் வேதியியல் அமைப்புகளின் பெரும்பாலான காணக்கூடிய பண்புகள் பொருளின் மொத்தப் பண்புகளைக் குறிக்கின்றன, அதாவது, அதிக எண்ணிக்கையிலான அணுக்கள், அயனிகள் அல்லது மூலக்கூறுகளின் தொகுப்புடன் தொடர்புடைய பண்புகள். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு திரவத்தின் தனிப்பட்ட மூலக்கூறு கொதிக்காது ஆனால் மொத்தமாக கொதிக்கும். நீர் மூலக்கூறுகளின் தொகுப்பு நனைக்கும் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது; தனிப்பட்ட மூலக்கூறுகள் நனைக்காது. நீர் பனிக்கட்டியாக இருக்கலாம், இது ஒரு திண்மம்; அது திரவமாக இருக்கலாம்; அல்லது நீராவி அல்லது நீராவியாக வாயுநிலையில் இருக்கலாம். பனி, நீர் மற்றும் நீராவியின் இயற்பியல் பண்புகள் மிகவும் வேறுபட்டவை. நீரின் மூன்று நிலைகளிலும் நீரின் வேதியியல் கலவை ஒரே மாதிரியாக இருக்கும், அதாவது $\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$. நீரின் மூன்று நிலைகளின் பண்புகள் மூலக்கூறுகளின் ஆற்றல் மற்றும் நீர் மூலக்கூறுகள் எந்த முறையில் ஒன்றிணைகின்றன என்பதைப் பொறுத்தது. மற்ற பொருட்களுக்கும் இதுவே உண்மை.

ஒரு பொருளின் வேதியியல் பண்புகள் அதன் இயற்பியல் நிலை மாறுவதால் மாறாது; ஆனால் வேதியியல் வினைகளின் வீதம் இயற்பியல் நிலையைப் பொறுத்தது. பல முறை கணக்கீடுகளில் சோதனைகளின் தரவுகளைக் கையாளும் போது பொருளின் நிலை பற்றிய அறிவு நமக்குத் தேவைப்படுகிறது. எனவே, வேதியியலாளருக்கு இயற்பியல் விதிகளை அறிந்து கொள்வது அவசியமாகிறது பொருள் வெவ்வேறு நிலைகளில் எவ்வாறு நடந்துகொள்கிறது என்பதை நிர்வகிக்கும். இந்த அலகில், பொருளின் இந்த மூன்று இயற்பியல் நிலைகள் குறிப்பாக திரவ மற்றும் வாயுநிலைகள் பற்றி மேலும் அறிந்து கொள்வோம். தொடங்குவதற்கு, மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான விசைகளின் தன்மை, மூலக்கூறு தொடர்புகள் மற்றும் துகள்களின் இயக்கத்தின் மீது வெப்ப ஆற்றலின் விளைவு ஆகியவற்றைப் புரிந்துகொள்வது அவசியம், ஏனெனில் இவற்றுக்கிடையேயான சமநிலை ஒரு பொருளின் நிலையை தீர்மானிக்கிறது.

5.1 மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான விசைகள்

மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான விசைகள் என்பது தொடர்பு கொள்ளும் துகள்கள் (அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகள்) இடையேயான ஈர்ப்பு மற்றும் விலக்கு விசைகள் ஆகும். இந்த சொல் இரண்டு எதிரெதிர் மின்னூட்டம் கொண்ட அயனிகளுக்கு இடையே உள்ள நிலைமின்னியல் விசைகள் மற்றும் ஒரு மூலக்கூறின் அணுக்களை ஒன்றாக இணைக்கும் விசைகள் அதாவது, சகப்பிணைப்பு பிணைப்புகளை உள்ளடக்காது.

ஈர்ப்பு மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான விசைகள் வான் டெர் வால்ஸ் விசைகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன, டச்சு விஞ்ஞானி ஜோகன்னெஸ் வான் டெர் வால்ஸ் (1837-1923) அவர்களின் நினைவாக, இந்த விசைகள் மூலம் உண்மையான வாயுக்களின் நடத்தையிலிருந்து விலகுவதை விளக்கினார். இந்த அலகில் பின்னர் இதைப் பற்றி கற்றுக்கொள்வோம். வான் டெர் வால்ஸ் விசைகள் அளவில் கணிசமாக மாறுபடுகின்றன மற்றும் சிதறல் விசைகள் அல்லது லண்டன் விசைகள், இருமுனை-இருமுனை விசைகள் மற்றும் இருமுனை-தூண்டப்பட்ட இருமுனை விசைகள் ஆகியவை அடங்கும். இருமுனை-இருமுனை தொடர்பின் ஒரு குறிப்பாக வலுவான வகை ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு ஆகும். சில தனிமங்கள் மட்டுமே ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு உருவாக்கத்தில் பங்கேற்க முடியும், எனவே இது ஒரு தனி வகையாகக் கருதப்படுகிறது. அலகு 4 இல் இந்த தொடர்பு பற்றி நாம் ஏற்கனவே கற்றுக்கொண்டோம்.

இந்த கட்டத்தில், ஒரு அயனிக்கும் ஒரு இருமுனைக்கும் இடையே உள்ள ஈர்ப்பு விசைகள் அயன்-இருமுனை விசைகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன மற்றும் இவை வான் டெர் வால்ஸ் விசைகள் அல்ல என்பதை கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். வான் டெர் வால்ஸ் விசைகளின் வெவ்வேறு வகைகளை இப்போது கற்றுக்கொள்வோம்.

5.1.1 சிதறல் விசைகள் அல்லது லண்டன் விசைகள்

அணுக்கள் மற்றும் முனைவற்ற மூலக்கூறுகள் மின்சார ரீதியாக சமச்சீராக இருக்கும் மற்றும் இருமுனைத் திருப்புத்திறன் இல்லை, ஏனெனில் அவற்றின் மின்னணு மின்னூட்ட மேகம் சமச்சீராக விநியோகிக்கப்படுகிறது. ஆனால் இத்தகைய அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளிலும் கூட ஒரு இருமுனை கணத்தில் உருவாகலாம். இதை பின்வருமாறு புரிந்து கொள்ளலாம். நம்மிடம் இரண்டு அணுக்கள் ‘$A$’ மற்றும் ‘$B$’ ஒன்றுக்கொன்று நெருக்கமாக உள்ளன என்று வைத்துக்கொள்வோம் (படம் 5.1a). அது நடக்கலாம் ஒரு அணுவில், ‘$A$’ என்று சொல்லுங்கள், மின்னணு மின்னூட்டப் பரவல் சமச்சீரற்றதாக மாறும், அதாவது, மின்னூட்ட மேகம் ஒரு பக்கத்தில் மற்றொன்றை விட அதிகமாக உள்ளது (படம் $5.1 \mathrm{~b}$ மற்றும் c). இதன் விளைவாக ‘A’ அணுவில் உடனடி இருமுனை உருவாகிறது மிகக் குறுகிய நேரத்திற்கு. இந்த உடனடி அல்லது தற்காலிக இருமுனை ‘$\mathrm{B}$’ என்ற மற்ற அணுவின் மின்னணு அடர்த்தியை சிதைக்கிறது, இது அதற்கு அருகில் உள்ளது, இதன் விளைவாக ‘B’ அணுவில் ஒரு இருமுனை தூண்டப்படுகிறது.

‘$\mathrm{A}$’ மற்றும் ‘$\mathrm{B}$’ அணுவின் தற்காலிக இருமுனைகள் ஒன்றையொன்று ஈர்க்கின்றன. இதேபோல் தற்காலிக இருமுனைகளும் மூலக்கூறுகளில் தூண்டப்படுகின்றன. இந்த ஈர்ப்பு விசை முதலில் ஜெர்மன் இயற்பியலாளர் ஃப்ரிட்ஸ் லண்டனால் முன்மொழியப்பட்டது, இந்த காரணத்திற்காக இரண்டு தற்காலிகங்களுக்கு இடையே உள்ள ஈர்ப்பு விசை

இருமுனைகள் லண்டன் விசை என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இந்த விசைக்கு மற்றொரு பெயர் சிதறல் விசை. இந்த விசைகள் எப்போதும் ஈர்ப்புடையவை மற்றும் தொடர்பு ஆற்றல் இரண்டு தொடர்பு கொள்ளும் துகள்களுக்கு இடையே உள்ள தூரத்தின் ஆறாவது சக்திக்கு நேர்மாறான விகிதாசாரமாகும் (அதாவது $1 / r^{6}$ இங்கு $r$ என்பது இரண்டு துகள்களுக்கு இடையே உள்ள தூரம்). இந்த விசைகள் குறுகிய தூரங்களில் மட்டுமே முக்கியமானவை (500 pm) மற்றும் அவற்றின் அளவு துகளின் முனைவாக்கத்திற்கு உட்பட்டது.

5.1.2 இருமுனை - இருமுனை விசைகள்

இருமுனை-இருமுனை விசைகள் நிரந்தர இருமுனையைக் கொண்ட மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே செயல்படுகின்றன. இருமுனைகளின் முனைகள் “பகுதி மின்னூட்டங்களை” கொண்டிருக்கின்றன மற்றும் இந்த மின்னூட்டங்கள் கிரேக்க எழுத்து டெல்டா ($\delta$) மூலம் காட்டப்படுகின்றன. பகுதி மின்னூட்டங்கள் எப்போதும் அலகு மின்னணு மின்னூட்டத்தை விட குறைவாக இருக்கும் $\left(1.610^{-19} \mathrm{C}\right)$. முனைவு மூலக்கூறுகள் அண்டை மூலக்கூறுகளுடன் தொடர்பு கொள்கின்றன. படம் 5.2 (a) ஹைட்ரஜன் குளோரைட்டின் இருமுனையில் மின்னணு மேகப் பரவலைக் காட்டுகிறது மற்றும் படம் 5.2 (b) இரண்டு $\mathrm{HCl}$ மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள இருமுனை-இருமுனை தொடர்பைக் காட்டுகிறது. இந்த தொடர்பு லண்டன் விசைகளை விட வலிமையானது ஆனால் அயன்-அயன் தொடர்பை விட பலவீனமானது, ஏனெனில் பகுதி மின்னூட்டங்கள் மட்டுமே ஈடுபட்டுள்ளன. இருமுனைகளுக்கு இடையே உள்ள தூரம் அதிகரிக்கும் போது ஈர்ப்பு விசை குறைகிறது. மேலே உள்ள வழக்கைப் போலவே இங்கும், தொடர்பு ஆற்றல் முனைவு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள தூரத்திற்கு நேர்மாறான விகிதாசாரமாகும். நிலையான முனைவு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள இருமுனை-இருமுனை தொடர்பு ஆற்றல் (திண்மங்களில் உள்ளதைப் போல) $1 / r^{3}$ க்கு விகிதாசாரமாகும் மற்றும் சுழலும் முனைவு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ளது

$1 / r^{6}$ க்கு விகிதாசாரமாகும், இங்கு $r$ என்பது முனைவு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள தூரம். இருமுனை-இருமுனை தொடர்பு தவிர, முனைவு மூலக்கூறுகள் லண்டன் விசைகளாலும் தொடர்பு கொள்ளலாம். இவ்வாறு திரள் விளைவு என்னவென்றால், முனைவு மூலக்கூறுகளில் உள்ள மொத்த மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான விசைகள் அதிகரிக்கின்றன.

5.1.3 இருமுனை–தூண்டப்பட்ட இருமுனை விசைகள்

இந்த வகை ஈர்ப்பு விசைகள் நிரந்தர இருமுனையைக் கொண்ட முனைவு மூலக்கூறுகள் மற்றும் நிரந்தர இருமுனை இல்லாத மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே செயல்படுகின்றன. முனைவு மூலக்கூறின் நிரந்தர இருமுனை அதன் மின்னணு மேகத்தை சிதைப்பதன் மூலம் மின்சார ரீதியாக நடுநிலை மூலக்கூறில் இருமுனையைத் தூண்டுகிறது (படம் 5.3). இவ்வாறு மற்ற மூலக்கூறில் ஒரு தூண்டப்பட்ட இருமுனை உருவாகிறது. இந்த வழக்கிலும் தொடர்பு ஆற்றல் $1 / r^{6}$ க்கு விகிதாசாரமாகும், இங்கு $r$ என்பது இரண்டு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள தூரம். தூண்டப்பட்ட இருமுனைத் திருப்புத்திறன் நிரந்தர இருமுனையில் உள்ள இருமுனைத் திருப்புத்திறன் மற்றும் மின்சார ரீதியாக நடுநிலை மூலக்கூறின் முனைவாக்கத்தைப் பொறுத்தது. அலகு 4 இல் நாம் ஏற்கனவே கற்றுக்கொண்டது போல், பெரிய அளவிலான மூலக்கூறுகளை எளிதில் முனைவாக்கலாம். அதிக முனைவாக்கம் ஈர்ப்பு தொடர்புகளின் வலிமையை அதிகரிக்கிறது.

இந்த வழக்கிலும் சிதறல் விசைகள் மற்றும் இருமுனை-தூண்டப்பட்ட இருமுனை தொடர்புகளின் திரள் விளைவு உள்ளது.

5.1.4 ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு

பிரிவு (5.1) இல் ஏற்கனவே குறிப்பிட்டுள்ளபடி; இது இருமுனை-இருமுனை தொடர்பின் சிறப்பு வழக்கு. இதைப் பற்றி அலகு 4 இல் நாம் ஏற்கனவே கற்றுக்கொண்டோம். இது மிகவும் முனைவான $\mathrm{N}-\mathrm{H}, \mathrm{O}-\mathrm{H}$ அல்லது $\mathrm{H}-\mathrm{F}$ பிணைப்புகள் இருக்கும் மூலக்கூறுகளில் காணப்படுகிறது. ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு N, O மற்றும் F க்கு மட்டுப்படுத்தப்பட்டதாகக் கருதப்பட்டாலும்; ஆனால் Cl போன்ற இனங்களும் ஹைட்ரஜன் பிணைப்பில் பங்கேற்கலாம். ஹைட்ரஜன் பிணைப்பின் ஆற்றல் 10 முதல் 100 $\mathrm{kJ} \mathrm{mol}^{-1}$ வரை மாறுபடும். இது மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க அளவு ஆற்றல்; எனவே, பல சேர்மங்களின் கட்டமைப்பு மற்றும் பண்புகளை தீர்மானிப்பதில் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் சக்திவாய்ந்த விசையாகும், எடுத்துக்காட்டாக புரதங்கள் மற்றும் நியூக்ளிக் அமிலங்கள். ஹைட்ரஜன் பிணைப்பின் வலிமை ஒரு மூலக்கூறின் எலக்ட்ரான் எதிர்மறை அணுவின் தனி இணை எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் மற்ற மூலக்கூறின் ஹைட்ரஜன் அணுவுக்கு இடையேயான கூலம்பிக் தொடர்பு மூலம் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு உருவாக்கத்தை பின்வரும் வரைபடம் காட்டுகிறது.

$$ \stackrel{\delta+}{\mathrm{H}}-\stackrel{\delta-}{\mathrm{F}} \cdots \stackrel{\delta+}{\mathrm{H}}-\stackrel{\delta-}{\mathrm{F}} $$

இதுவரை விவாதிக்கப்பட்ட மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான விசைகள் அனைத்தும் ஈர்ப்புடையவை. மூலக்கூறுகள் ஒன்றுக்கொன்று விலக்கு விசைகளையும் செலுத்துகின்றன. இரண்டு மூலக்கூறுகள் ஒன்றுக்கொன்று நெருக்கமாக கொண்டு வரப்படும் போது, இரண்டு மூலக்கூறுகளின் மின்னணு மேகங்களுக்கு இடையேயான விலக்கு மற்றும் அணுக்களுக்கு இடையேயான விலக்கு விளையாடுகிறது. மூலக்கூறுகளைப் பிரிக்கும் தூரம் குறைந்தால் விலக்கின் அளவு மிக விரைவாக உயர்கிறது. இதனால்தான் திரவங்களும் திண்மங்களும் சுருக்குவது கடினம். இந்த நிலைகளில் மூலக்கூறுகள் ஏற்கனவே நெருக்கமாக உள்ளன; எனவே அவை மேலும் சுருக்கத்தை எதிர்க்கின்றன; அது விலக்கு தொடர்புகளின் அதிகரிப்புக்கு வழிவகுக்கும்.

5.2 வெப்ப ஆற்றல்

வெப்ப ஆற்றல் என்பது ஒரு பொருளின் அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகளின் இயக்கத்திலிருந்து எழும் ஆற்றல் ஆகும். இது பொருளின் வெப்பநிலைக்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகும். இது பொருளின் துகள்களின் சராசரி இயக்க ஆற்றலின் அளவீடு ஆகும், எனவே துகள்களின் இயக்கத்திற்கு காரணமாகிறது. துகள்களின் இந்த இயக்கம் வெப்ப இயக்கம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

5.3 மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான விசைகள் மற்றும் வெப்ப தொடர்புகள்

மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான விசைகள் மூலக்கூறுகளை ஒன்றாக வைத்திருக்க முனைகின்றன, ஆனால் மூலக்கூறுகளின் வெப்ப ஆற்றல் அவற்றைப் பிரிக்க முனைகிறது என்பதை நாம் ஏற்கனவே கற்றுக்கொண்டோம். பொருளின் மூன்று நிலைகள் மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான விசைகள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் வெப்ப ஆற்றலுக்கு இடையேயான சமநிலையின் விளைவாகும்.

மூலக்கூறு தொடர்புகள் மிகவும் பலவீனமாக இருக்கும்போது, வெப்பநிலையை குறைப்பதன் மூலம் வெப்ப ஆற்றல் குறைக்கப்படாவிட்டால், மூலக்கூறுகள் திரவம் அல்லது திண்மத்தை உருவாக்க ஒன்றாக ஒட்டிக்கொள்வதில்லை. வாயுக்கள் சுருக்கத்தின் மூலம் மட்டுமே திரவமாகாது, மூலக்கூறுகள் ஒன்றுக்கொன்று மிக நெருக்கமாக வந்தாலும், மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான விசைகள் அதிகபட்சமாக செயல்படுகின்றன. இருப்பினும், வெப்பநிலையைக் குறைப்பதன் மூலம் மூலக்கூறுகளின் வெப்ப ஆற்றல் குறைக்கப்படும் போது; வாயுக்கள் மிக எளிதாக திரவமாக மாற்றப்படலாம். மூன்று நிலைகளில் ஒரு பொருளின் வெப்ப ஆற்றல் மற்றும் மூலக்கூறு தொடர்பு ஆற்றலின் ஆதிக்கம் பின்வருமாறு சித்தரிக்கப்படுகிறது:

பொருளின் மூன்று நிலைகள் இருப்பதற்கான காரணத்தை நாம் ஏற்கனவே கற்றுக்கொண்டோம். இப்போது வாயு மற்றும் திரவ நிலைகள் மற்றும் இந்த நிலைகளில் பொருளின் நடத்தையை நிர்வகிக்கும் விதிகள் பற்றி மேலும் அறிந்து கொள்வோம். நாம் வகுப்பு XII இல் திண்ம நிலையைக் கையாள்வோம்.

5.4 வாயுநிலை

இது பொருளின் எளிமையான நிலை. நம் வாழ்நாள் முழுவதும் காற்றின் கடலில் மூழ்கியிருக்கிறோம், இது வாயுக்களின் கலவையாகும். நாம் வளிமண்டலத்தின் மிகக் குறைந்த அடுக்கில் வாழ்கிறோம், இது ட்ரோபோஸ்பியர் என்று அழைக்கப்படுகிறது, இது பூமியின் மேற்பரப்பில் ஈர்ப்பு விசையால் பிடிக்கப்பட்டுள்ளது. வளிமண்டலத்தின் மெல்லிய அடுக்கு நம் வாழ்க்கைக்கு முக்கியமானது. இது தீங்கு விளைவிக்கும் கதிர்வீச்சிலிருந்து நம்மைப் பாதுகாக்கிறது மற்றும் டைஆக்ஸிஜன், டைநைட்ரஜன், கார்பன் டைஆக்சைடு, நீராவி போன்ற பொருட்களைக் கொண்டுள்ளது.

இப்போது சாதாரண வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்த நிலைகளில் வாயுநிலையில் இருக்கும் பொருட்களின் நடத்தையில் நமது கவனத்தை மையமாகக் கொள்வோம். கால அட்டவணையைப் பார்த்தால் பதினொரு தனிமங்கள் மட்டுமே இருப்பதைக் காணலாம்

சாதாரண நிலைகளில் வாயுக்களாக இருக்கும் (படம் 5.4).

வாயுநிலை பின்வரும் இயற்பியல் பண்புகளால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது.

• வாயுக்கள் அதிக அளவில் சுருக்கக்கூடியவை.
• வாயுக்கள் அனைத்து திசைகளிலும் சமமான அழுத்தத்தை செலுத்துகின்றன.
• வாயுக்கள் திண்மங்கள் மற்றும் திரவங்களை விட மிகக் குறைந்த அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளன.
• வாயுக்களின் கன அளவு மற்றும் வடிவம் நிலையானதல்ல. இவை கொள்கலனின் அளவு மற்றும் வடிவத்தைக் கொண்டுள்ளன.
• வாயுக்கள் எந்த இயந்திர உதவியும் இல்லாமல் அனைத்து விகிதங்களிலும் சமமாகவும் முழுமையாகவும் கலக்கின்றன.

வாயுக்களின் எளிமை அவற்றின் மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான தொடர்பு விசைகள் புறக்கணிக்கத்தக்கவை என்பதன் காரணமாகும். அவற்றின் நடத்தை அதே பொதுவான விதிகளால் நிர்வகிக்கப்படுகிறது, அவை அவற்றின் சோதனை ஆய்வுகளின் விளைவாக கண்டுபிடிக்கப்பட்டன. இந்த விதிகள் வாயுக்களின் அளவிடக்கூடிய பண்புகளுக்கு இடையிலான உறவுகள் ஆகும். இந்த மாறிகளில் சில அழுத்தம், கன அளவு, வெப்பநிலை மற்றும் நிறை போன்றவை மிகவும் முக்கியமானவை, ஏனெனில் இந்த மாறிகளுக்கு இடையிலான உறவுகள் வாயுவின் நிலையை விவரிக்கின்றன. இந்த மாறிகளின் பரஸ்பர சார்பு வாயு விதிகளின் உருவாக்கத்திற்கு வழிவகுக்கிறது. அடுத்த பகுதியில் வாயு விதிகள் பற்றி கற்றுக்கொள்வோம்.

5.5 வாயு விதிகள்

வாயுக்களின் இயற்பியல் பண்புகள் குறித்த பல நூற்றாண்டுகளாக மேற்கொள்ளப்பட்ட ஆராய்ச்சியின் விளைவாக இப்போது நாம் படிக்கும் வாயு விதிகள் உள்ளன. வாயுக்களின் பண்புகள் குறித்த முதல் நம்பகமான அளவீடு ஆங்கிலோ-ஐரிஷ் விஞ்ஞானி ராபர்ட் பாயில் 1662 இல் செய்தார். அவர் உருவாக்கிய சட்டம் பாயிலின் விதி என்று அழைக்கப்படுகிறது. பின்னர் சூடான காற்று பலூன்களின் உதவியுடன் காற்றில் பறக்க முயற்சிகள் ஜாக்குவஸ் சார்லஸ் மற்றும் ஜோசப் லூயிஸ் கே லூசாக்கை கூடுதல் வாயு விதிகளைக் கண்டுபிடிக்கத் தூண்டின. அவோகாட்ரோ மற்றும் பிறரின் பங்களிப்பு வாயுநிலை பற்றி நிறைய தகவல்களை வழங்கியது.

5.5.1 பாயிலின் விதி (அழுத்தம் - கன அளவு உறவு)

தனது சோதனைகளின் அடிப்படையில், ராபர்ட் பாயில் நிலையான வெப்பநிலையில், ஒரு நிலையான அளவு (அதாவது மோல்களின் எண்ணிக்கை $n$) வாயுவின் அழுத்தம் அதன் கன அளவிற்கு நேர்மாறான விகிதத்தில் மாறுபடும் என்ற முடிவுக்கு வந்தார். இது பாயிலின் விதி என்று அழைக்கப்படுகிறது. கணித ரீதியாக, இதை எழுதலாம்

$$p \propto \frac{1}{V} \text{ at constant } T \text{ and } n \tag{5.1}$$

$$\Rightarrow p=\mathrm{k}_{1} \frac{1}{V}\tag{5.2}$$

இங்கு $\mathrm{k}_1$ என்பது விகிதாசார மாறிலி. மாறிலி $k_1$ இன் மதிப்பு வாயுவின் அளவு, வாயுவின் வெப்பநிலை மற்றும் $p$ மற்றும் $V$ வெளிப்படுத்தப்படும் அலகுகளைப் பொறுத்தது.

சமன்பாட்டை மறுசீரமைப்பதன் மூலம் (5.2) நாம் பெறுகிறோம்

$$p V=\mathrm{k}_{1}\tag{5.3}$$

இதன் பொருள் நிலையான வெப்பநிலையில், ஒரு நிலையான அளவு வாயுவின் அழுத்தம் மற்றும் கன அளவின் பெருக்கல் மாறிலியாகும்.

நிலையான வெப்பநிலையில் $T$ ஒரு நிலையான அளவு வாயு $V_{1}$ கன அளவை $p_{1}$ அழுத்தத்தில் ஆக்கிரமித்திருந்தால், விரிவடைந்து, கன அளவு $V_{2}$ ஆகவும், அழுத்தம் $p_{2}$ ஆகவும் மாறினால், பாயிலின் விதியின்படி:

$$ \begin{equation*} p_{1} V_{1}=p_{2} V_{2}=\text { constant } \tag{5.4} \end{equation*} $$

$$ \begin{equation*} \Rightarrow \frac{p_{1}}{p_{2}}=\frac{V_{2}}{V_{1}} \tag{5.5} \end{equation*} $$

படம் 5.5 பாயிலின் விதியை வரைபடமாக வழங்குவதற்கான இரண்டு வழக்கமான வழிகளைக் காட்டுகிறது. படம் 5.5 (a) வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் சமன்பாட்டின் (5.3) வரைபடம் ஆகும். $k_{1}$ இன் மதிப்பு ஒவ்வொரு வளைவுக்கும் வெவ்வேறு, ஏனெனில் கொடுக்கப்பட்ட நிறை வாயுவுக்கு, அது வெப்பநிலையை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது. ஒவ்வொரு வளைவும் வெவ்வேறு நிலையான வெப்பநிலையுடன் ஒத்திருக்கிறது மற்றும் ஐசோதெர்ம் (நிலையான வெப்பநிலை சதி) என்று அழைக்கப்படுகிறது. உயர்ந்த வளைவுகள் அதிக வெப்பநிலைக்கு ஒத்திருக்கும். அழுத்தம் பாதியாகக் குறைக்கப்பட்டால் வாயுவின் அளவு இரட்டிப்பாகும் என்பதை கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். அட்டவணை 5.1 $0.09 \mathrm{~mol}$ இல் $\mathrm{CO}_{2}$ இன் அழுத்தத்தின் விளைவை $300 \mathrm{~K}$ இல் கொடுக்கிறது.

படம் 5.5 (b) $p$ மற்றும் $\frac{1}{V}$ க்கு இடையே உள்ள வரைபடத்தைக் குறிக்கிறது. இது தோற்றம் வழியாக செல்லும் ஒரு நேர் கோடு. இருப்பினும், அதிக அழுத்தங்களில், வாயுக்கள் பாயிலின் விதியிலிருந்து விலகுகின்றன மற்றும் அத்தகைய நிலைமைகளில் வரைபடத்தில் ஒரு நேர் கோடு பெறப்படவில்லை.

பாயிலின் சோதனைக