गैस की सक्रिय सतह के बड़े क्षेत्र और सिस्टम बनाने वाले कणों की उच्च गतिज ऊर्जा के कारण तरल और ठोस निकायों की तुलना में उच्च प्रतिक्रियाशीलता होती है। इस मामले में, गैस की रासायनिक गतिविधि, उसका दबाव और कुछ अन्य पैरामीटर अणुओं की एकाग्रता पर निर्भर करते हैं। आइए इस लेख में विचार करें कि यह मान क्या है और इसकी गणना कैसे की जा सकती है।
हम किस गैस की बात कर रहे हैं?
यह लेख तथाकथित आदर्श गैसों पर विचार करेगा। वे कणों के आकार और उनके बीच की बातचीत की उपेक्षा करते हैं। आदर्श गैसों में होने वाली एकमात्र प्रक्रिया कणों और पोत की दीवारों के बीच लोचदार टकराव है। इन टकरावों का परिणाम एक पूर्ण दबाव है।
कोई भी वास्तविक गैस अपने गुणों में आदर्श के करीब पहुंचती है यदि उसका दबाव या घनत्व कम हो जाता है और उसका पूर्ण तापमान बढ़ जाता है। फिर भी, ऐसे रसायन हैं जो कम घनत्व और उच्च पर भी हैंतापमान आदर्श गैस से बहुत दूर है। ऐसे पदार्थ का एक हड़ताली और प्रसिद्ध उदाहरण जल वाष्प है। तथ्य यह है कि इसके अणु (H2O) अत्यधिक ध्रुवीय होते हैं (ऑक्सीजन इलेक्ट्रॉन घनत्व को हाइड्रोजन परमाणुओं से दूर खींचती है)। ध्रुवीयता उनके बीच एक महत्वपूर्ण इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की ओर ले जाती है, जो एक आदर्श गैस की अवधारणा का घोर उल्लंघन है।
क्लैपेरॉन-मेंडेलीव का सार्वभौमिक नियम
एक आदर्श गैस के अणुओं की सांद्रता की गणना करने में सक्षम होने के लिए, किसी को उस कानून से परिचित होना चाहिए जो किसी भी आदर्श गैस प्रणाली की स्थिति का वर्णन करता है, चाहे उसकी रासायनिक संरचना कुछ भी हो। इस कानून में फ्रांसीसी एमिल क्लैपेरॉन और रूसी वैज्ञानिक दिमित्री मेंडेलीव के नाम हैं। संगत समीकरण है:
पीवी=एनआरटी.
समानता कहती है कि दबाव P और आयतन V का गुणनफल हमेशा निरपेक्ष तापमान T के गुणनफल और एक आदर्श गैस के लिए पदार्थ n की मात्रा के समानुपाती होना चाहिए। यहाँ R आनुपातिकता का गुणांक है, जिसे सार्वत्रिक गैस नियतांक कहते हैं। यह 1 K (R=8, 314 J/(molK)) द्वारा गर्म किए जाने पर 1 mol गैस विस्तार के परिणामस्वरूप किए गए कार्य की मात्रा को दर्शाता है।
अणुओं की एकाग्रता और उसकी गणना
परिभाषा के अनुसार, परमाणुओं या अणुओं की सांद्रता को प्रणाली में कणों की संख्या के रूप में समझा जाता है, जो प्रति इकाई आयतन में गिरती है। गणितीय रूप से, आप लिख सकते हैं:
सीएन=एन/वी.
जहां एन सिस्टम में कणों की कुल संख्या है।
गैस के अणुओं की सांद्रता निर्धारित करने के लिए सूत्र लिखने से पहले, आइए पदार्थ n की मात्रा की परिभाषा और वह व्यंजक याद करें जो R के मान को बोल्ट्जमान स्थिरांक kB से संबंधित करता है।:
n=एन/एनए;
केबी=आर/एनए.
इन समानताओं का उपयोग करके, हम राज्य के सार्वभौमिक समीकरण से N/V अनुपात व्यक्त करते हैं:
पीवी=एनआरटी=>
PV=N/NART=NkBT=>
सीएन=एन/वी=पी/(केबीटी)।
तो हमें गैस में कणों की सांद्रता निर्धारित करने का सूत्र मिला। जैसा कि आप देख सकते हैं, यह प्रणाली में दबाव के सीधे आनुपातिक है और पूर्ण तापमान के विपरीत आनुपातिक है।
चूंकि सिस्टम में कणों की संख्या बड़ी है, इसलिए सान्द्रता cN व्यावहारिक गणना करते समय उपयोग करने के लिए असुविधाजनक है। इसके बजाय, मोलर सांद्रण c अधिक बार प्रयोग किया जाता है। इसे एक आदर्श गैस के लिए निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:
c=n/V=P/(R T).
उदाहरण समस्या
सामान्य परिस्थितियों में हवा में ऑक्सीजन के अणुओं की मोलर सांद्रता की गणना करना आवश्यक है।
इस समस्या को हल करने के लिए याद रखें कि हवा में 21% ऑक्सीजन होती है। डाल्टन के नियम के अनुसार, ऑक्सीजन 0.21P0 का आंशिक दबाव बनाता है, जहाँ P0=101325 Pa (एक वायुमंडल)। सामान्य स्थितियां भी 0 oC. का तापमान मानती हैं(273.15 क)
हवा में ऑक्सीजन की मोलर सांद्रता की गणना करने के लिए हम सभी आवश्यक मापदंडों को जानते हैं। हमें मिलता है:
c(O2)=P/(R T)=0.21101325/(8.314273, 15)=9.37 mol/m3.
अगर इस सांद्रण को घटाकर 1 लीटर कर दिया जाए, तो हमें 0.009 mol/L का मान मिलता है।
यह समझने के लिए कि 1 लीटर हवा में कितने O2 अणु समाहित हैं, गणना की गई एकाग्रता को संख्या NA से गुणा करें। इस प्रक्रिया को पूरा करने के बाद, हमें एक बहुत बड़ा मान मिलता है: N(O2)=5, 641021अणु।
