വാതക നിയമങ്ങളും മോൾ സങ്കൽപ്പനവും

ഖരം, ദ്രാവകം എന്നിവയെ അപേക്ഷിച്ച് വാതകങ്ങൾക്ക് വളരെയേറെ സവിശേഷതകൾ ഉണ്ട്. വായു ഇല്ലെങ്കിൽ നമ്മൾ എങ്ങനെ ശ്വസിക്കും ? മനുഷ്യർ വായുവിനെ ആശ്രയിക്കുന്നത് ദ്രവ്യത്തിന്റെ വാതകാവസ്ഥയെ നമുക്ക് വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ടതാക്കുന്നു. ധാരാളം മൂലകങ്ങളും സംയുക്തങ്ങളും വാതകാവസ്ഥയിൽ കാണപ്പെടുന്നു. നിത്യ ജീവിതത്തിലും വ്യവസായങ്ങളിലും പരീക്ഷണശാലകളിലും വിവിധ വാതകങ്ങളെ നാം കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നു.

വാതകങ്ങളുടെ സവിശേഷതകൾ

∙ ഓരോ വാതകത്തിലും അതിസൂക്ഷ്മയായ അനേകം തന്മാത്രകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.

∙ ഒരു വാതകത്തിന്റെ ആകെ വ്യാപ്തവുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ അതിലെ തന്മാത്രകളുടെ യഥാർഥ വ്യാപ്തം വളരെ നിസ്സാരമാണ്.

∙ വാതകത്തിലെ തന്മാത്രകൾ എല്ലാ ദിശകളിലേക്കും നിരന്തരം ചലിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു.

∙ ക്രമരഹിതമായ ഈ ചലനത്തിന്റെ ഭാഗമായി വാതക തന്മാത്രകൾ പരസ്പരം കൂട്ടിയിടിക്കുന്നു. വാതകം സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന പാത്രത്തിന്റെ ഭിത്തികളിലും ചെന്നിടിക്കുന്നു. ഇതിന്റെ ഫലമായി വാതകമർദം അനുഭപ്പെടുന്നത്.

∙ വാതക തന്മാത്രകളുടെ കൂട്ടിമുട്ടലുകൾ പൂർണമായും ഇലാസ്തിക സ്വഭാവമുള്ളതിനാൽ ഊർജ നഷ്ടം സംഭവിക്കുന്നില്ല.

∙ വാതക തന്മാത്രകൾ തമ്മിലും, വാതക തന്മാത്രകളും പാത്രത്തിന്റെ ഭിത്തിയും തമ്മിലും ആകർഷണം തീരെയില്ല.

∙ വാതക തന്മാത്രകൾക്ക് ഉൗർജം വളരെ കൂടുതലാണ്.

∙ വാതക തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള അകലം താരതമ്യേന കൂടുതലാണ്.

∙ വാതക തന്മാത്രകൾക്ക് ചലന സ്വാതന്ത്ര്യം കൂടുതലാണ്.

∙ ബോയിൽ നിയമം (Boyle’s law)

വാതകങ്ങളുടെ വ്യാപ്തം, മർദം ഇവ തമ്മിലുള്ള ബന്ധം പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ സ്ഥാപിച്ചത് ഭൗതിക–രസതന്ത്ര ശാസ്ത്രജ്ഞനായ റോബർട്ട് ബോയിൽ ആണ്. ഈ ബന്ധം ബോയിൽ നിയമം എന്നറിയപ്പെടുന്നു.

‘താപനില സ്ഥിരമായിരിക്കുമ്പോൾ ഒരു നിശ്ചിത മാസ് വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തവും മർദവും വിപരീത അനുപാതത്തിലായിരിക്കും. മർദം 'P’ എന്നും വ്യാപ്തം 'V’ എന്നും 

സൂചിപ്പിച്ചാൽ PXV  ഒരു സ്ഥിരസംഖ്യയായിരിക്കും.’

* 

ഒരു അക്വേറിയത്തിന്റെ ചുവട്ടിൽ നിന്നും ഉയരുന്ന വായു കുമിളയുടെ വലുപ്പം മുകളിലേക്ക് എത്തുംതോറും കൂടി വരുന്നു– കാരണം മുകളിലേക്ക് വരുമ്പോൾ പുറമേയുള്ള മർദം കുറഞ്ഞു വരുന്നു. അതനുസരിച്ച് വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം കൂടുന്നു.

∙അവോഗാഡ്രോ നിയമം     (Avagadro’s Law)

വ്യാപ്തവും തന്മാമാത്രകളുടെ എണ്ണവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം കണ്ടെത്തിയത് ഇറ്റാലിയൻ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ അമേഡിയോ അവോഗാഡ്രോ ആണ്. ഈ ബന്ധം അവോഗാഡ്രോ നിയമം എന്നറിയപ്പെടുന്നു.

‘താപനില, മർദം എന്നിവ സ്ഥിരമായിരിക്കുമ്പോൾ വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം തന്മാത്രകളുടെ എണ്ണത്തിന് നേർ അനുപാതത്തിൽ ആയിരിക്കും. ഇതാണ് അവോഗാഡ്രോ നിയനം’

ഉദാഹരണം:

* ഒരു ബലൂൺ വീർപ്പിക്കുമ്പോൾ അതിലെ തന്മാത്രകളുടെ എണ്ണം കൂടുന്നു. അതൊടൊപ്പം വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തവും കൂടുന്നു.

* ഒറു സിലിണ്ടറിൽ വാതകം നിറയ്ക്കുമ്പോഴും ഇത് തന്നെയാണ് സംഭവിക്കുന്നത്.

∙ചാൾസ് നിയമം (Charle’s law)

മർദം സ്ഥിരമായിരിക്കുമ്പോൾ ഒരു നിശ്ചിതമാസ് വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം കെൽവിൻ സ്കെയിലിലെ താപനിലയ്ക്ക് നേർ അനുപാതത്തിലായിരിക്കും. വ്യാപ്തം 'V’ എന്നും താപനില 'T’ എന്നും സൂചിപ്പിച്ചാൽ V/T ഒരു സ്ഥിര സംഖ്യ ആയിരിക്കും.

പരീക്ഷണം

∙സാമഗ്രികൾ: റബർ അടപ്പുള്ള ഈർപ്പരഹിതമായ കുപ്പി, നിബ് ഒഴിവാക്കിയ കാലിയായ റീഫിൽ ട്യൂബ്, മഷി, തണുത്തവെള്ളം, ചൂടുവെള്ളം.

∙പ്രവർത്തനക്രമം: റബർ അടപ്പുള്ള ഈർപ്പരഹിതമായ ഒരു കുപ്പി എടുക്കുക. അടപ്പിൽ കാലിയായ ഒരു റീഫിൽ ട്യൂബ് ഉറപ്പിച്ചു നിർത്തുക. ട്യൂബിന്റെ താഴെ അഗ്രത്തിൽ ഒരു തുള്ളി മഷി കയറ്റി, കുപ്പി അടയ്ക്കുക. ഈ സജ്ജീകരണത്തെ ചെറു ചൂടുവെള്ളത്തിൽ മുക്കി നോക്കുക. പിന്നീട് തണുത്ത വെള്ളത്തിലും വയ്ക്കുക.

∙നിരീക്ഷണം: ചൂടുവെള്ളത്തിൽ വയ്ക്കുമ്പോൾ മഷിത്തുള്ളി മുകളിലേക്കുയരുന്നു. തണുത്ത വെള്ളത്തിൽ വയ്ക്കുമ്പോൾ മഷിത്തുള്ളി താഴേക്ക് ചലിക്കുന്നു.

∙നിഗമനം: 

ചാൾസ് നിയമം.

വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം  (Volume of a Gas)

‘ഒരു വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം 

അത് ഉൾക്കൊള്ളുന്ന പാത്രത്തിന്റെ വ്യാപ്തം ആയിരിക്കും.’

* ഒരു ലിറ്റർ വ്യാപ്തമുള്ള ഒരു വാതകത്തെ അഞ്ചു ലീറ്റർ വ്യാപ്തമുള്ള മറ്റൊരു പാത്രത്തിലേക്ക് മാറ്റിയാൽ വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം അഞ്ച് ലീറ്റർ ആയി മാറും.

* ഒരു സിറിഞ്ച് എടുത്ത് അതിന്റെ പിസ്റ്റൺ പിന്നിലേക്ക് വലിച്ച് വയ്ക്കുക. സിറിഞ്ചിന്റെ നോസിൽ അടച്ചുപിടിച്ചുകൊണ്ട് പിസ്റ്റൺ അമർത്തിയാൽ സിറിഞ്ചിനുള്ളിലെ വ്യാപ്തം കുറയുന്നു.

∙വാതകത്തിന്റെ മർദം ( Pressure of a Gas)

ഒരു യൂണിറ്റ് പരപ്പളവിൽ അനുഭവപ്പെടുന്ന ബലമാണ് മർദം.

യൂണിറ്റ് പരപ്പളവിലെ ബലം = 

   പ്രതലത്തിൽ അനുഭവപ്പെടുന്ന 

   ആകെ ബലം.

   പ്രതലത്തിന്റെ പരപ്പളവ്

വാതകത്തിന്റെ താപനില

(Temperature of a gas)

വാതകത്തെ ചൂടാക്കിയാൽ താപനില കൂടുന്നു. താപനില കൂടുമ്പോൾ തന്മാത്രകളുടെ ചലന വേഗത കൂടുന്നു. അതോടൊപ്പം ഗതികോർജവും കൂടുന്നു. തന്മാത്രകളുടെ ശരാശരി ഗതികോർജം വാതകത്തിന്റെ താപ നിലയ്ക്ക് നേർ അനുപാതത്തിൽ ആയിരിക്കും.

English Summary : Gas laws and mole concept