வேதிவினை வேகவியல் - 12ஆம் வகுப்பு வேதியியல் பாடம் 7

வேதிவினை வேகவியல் பற்றி

நடுத்தரம் ~120 நிமிடப் படிப்பு

வேதியியலில் ஒரு வினை தன்னிச்சையாக நடக்குமா என்பதை வெப்ப இயக்கவியல் முடிவு செய்கிறது. ஆனால், அந்த வினை எவ்வளவு வேகத்தில் நடக்கும் என்பதை அது சொல்வதில்லை. அன்றாட வாழ்வில் பால் தயிராவது முதல் இரும்பு துருப்பிடிப்பது வரை பல்வேறு வினைகள் வெவ்வேறு வேகங்களில் நிகழ்கின்றன. இந்த வினைவேகங்களை அளவிடுவதும், அவற்றைப் பாதிக்கும் காரணிகளைப் புரிந்துகொள்வதும் வேதியியல் மாணவர்களுக்கு மிகவும் அவசியம்.

ஒரு வினையின் வேகமானது வினைபடு பொருட்களின் செறிவு காலத்தைப் பொறுத்து எவ்வாறு குறைகிறது அல்லது வினைவிளை பொருட்களின் செறிவு எவ்வாறு அதிகரிக்கிறது என்பதைக் கொண்டு கணக்கிடப்படுகிறது. வினையின் வகை, வினை மூலக்கூறு எண் மற்றும் வினைவேக மாறிலி போன்ற அடிப்படைத் தரவுகள் மூலம் ஒரு வேதி மாற்றத்தை முழுமையாகக் கணிக்க முடியும். இப்பாடம் கணிதச் சமன்பாடுகள் \(k = \frac{2.303}{t} \log \frac{[A_0]}{[A]}\) மற்றும் வரைபடங்கள் மூலம் வேதி வேகவியலைத் தெளிவாக விளக்குகிறது.

தேர்வு நோக்கில் பார்த்தால், முதல் வகை வினைகள் மற்றும் அரை வாழ் காலம் தொடர்பான கணக்கீடுகள் மிக முக்கியமானவை. மேலும், வெப்பநிலையானது வினைவேகத்தை எவ்வாறு மாற்றுகிறது என்பதை அர்ஹீனியஸ் சமன்பாடு மூலம் மாணவர்கள் கற்பார்கள். தொழிற்சாலைகளில் வினைவேக மாற்றிகளைப் பயன்படுத்தி உற்பத்தியை அதிகரிப்பதற்கும், மருந்துப் பொருட்கள் சிதைவடையாமல் பாதுகாப்பதற்கும் இந்த வேதிவினை வேகவியல் அறிவானது அடிப்படையாக அமைகிறது.

நீங்கள் கற்பவை

• சராசரி மற்றும் நுணுக்க வினைவேகங்களை வரையறுத்தல்.
• சோதனைத் தரவுகளிலிருந்து வினைவேக விதியைத் தீர்மானித்தல்.
• வினையின் வகை மற்றும் மூலக்கூறு எண் ஆகியவற்றை ஒப்பிடுதல்.
• அரை வாழ் காலம் தொடர்பான கணக்குகளைத் தீர்த்தல்.
• வினைவேகத்தைப் பாதிக்கும் பல்வேறு காரணிகளைப் பட்டியலிடுதல்.
• அர்ஹீனியஸ் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கிளர்வுறு ஆற்றலைக் கணக்கிடுதல்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• வேதிச் சமன்பாடுகளைச் சமன் செய்தல் பற்றிய அடிப்படை அறிவு.
• மடக்கை மற்றும் அடுக்குக்குறிச் சார்புகளின் கணிதக் கருத்துக்கள்.
• மோலார் செறிவு மற்றும் மோல் பின்னங்கள் பற்றிய புரிதல்.

வேதிவினை வேகவியல் — விரிவான விளக்கம்

வேதிவினை வேகவியலின் விரிவான பார்வை

வினைவேகம் மற்றும் சராசரி வேகம்

வினைவேகம் என்பது ஓரலகு காலத்தில் வினைபடு பொருளின் செறிவில் ஏற்படும் குறைவு அல்லது வினைவிளை பொருளின் செறிவில் ஏற்படும் அதிகரிப்பு ஆகும். வினையின் ஆரம்பத்தில் செறிவு அதிகமாக இருப்பதால் வேகம் அதிகமாக இருக்கும், காலம் செல்லச் செல்ல செறிவு குறைவதால் வேகமும் குறையும். ஒரு குறிப்பிட்ட கால இடைவெளியில் கணக்கிடப்படும் வேகம் சராசரி வேகம் எனப்படும். அதேசமயம், ஒரு குறிப்பிட்ட நொடியில் நிகழும் வேகம் நுணுக்க வினைவேகம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

வினைவேக விதி மற்றும் வினைவேக மாறிலி

வினைவேக விதி என்பது ஒரு வினையின் வேகத்திற்கும் வினைபடு பொருட்களின் செறிவிற்கும் இடையிலான தொடர்பைக் காட்டும் கணிதச் சமன்பாடாகும். இதில் வரும் விகித மாறிலி \(k\) என்பது வினைவேக மாறிலி எனப்படும். சோதனைகளின் அடிப்படையில் மட்டுமே வினைவேக விதியைத் தீர்மானிக்க முடியும். வினையின் வேகத்தை நிர்ணயிக்கும் படிநிலை எதுவோ, அதைக் கொண்டே ஒட்டுமொத்த வினையின் வேகம் கணக்கிடப்படுகிறது.

வினையின் வகை மற்றும் மூலக்கூறு எண்

வினைவேக விதியில் உள்ள செறிவு உறுப்புகளின் அடுக்குகளின் கூடுதல் வினையின் வகை எனப்படும். இது பூஜ்ஜியம், ஒன்று அல்லது பின்னமாகவும் இருக்கலாம். மாறாக, வினையின் ஒரு அடிப்படைப் படிநிலை அல்லது வினையின் ஒட்டுமொத்த மாற்றத்தில் ஈடுபடும் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை மூலக்கூறு எண் எனப்படும். இவை இரண்டுக்கும் இடையே உள்ள வேறுபாடுகளைப் புரிந்துகொள்வது வேதி வேகவியலின் அடிப்படையாகும். போலி முதல் வகை வினைகள் போன்ற சிறப்பான நிகழ்வுகளையும் மாணவர்கள் இதில் அறிந்துகொள்வார்கள்.

தொகைப்படுத்தப்பட்ட வினைவேகச் சமன்பாடுகள்

பூஜ்ஜியம் மற்றும் முதல் வகை வினைகளுக்கான தொகைப்படுத்தப்பட்ட சமன்பாடுகள் வினைவேக மாறிலியைத் துல்லியமாகக் கண்டறிய உதவுகின்றன. குறிப்பாக, கதிரியக்கச் சிதைவு போன்ற இயற்கையான மாற்றங்கள் முதல் வகை வினையைப் பின்பற்றுகின்றன. இந்தச் சமன்பாடுகளைப் பயன்படுத்தி, ஒரு குறிப்பிட்ட நேரத்தில் எவ்வளவு வினைபடு பொருள் எஞ்சியிருக்கும் என்பதை நம்மால் முன்கூட்டியே கணிக்க முடியும். வரைபடங்கள் மூலம் இந்தத் தரவுகளைச் சரிபார்ப்பது எளிது.

அரை வாழ் காலம் மற்றும் அதன் பயன்கள்

ஒரு வினையில் ஆரம்பத்தில் எடுக்கப்பட்ட வினைபடு பொருளின் செறிவில் பாதி அளவு வினையுற்றுக் குறைவதற்குத் தேவைப்படும் காலம் அரை வாழ் காலம் ஆகும். முதல் வகை வினைகளில் அரை வாழ் காலமானது துவக்கச் செறிவைச் சார்ந்து அமைவதில்லை என்பது ஒரு முக்கியச் சிறப்பாகும். இது தொல்பொருள் ஆராய்ச்சியிலும், மருத்துவத் துறையில் மருந்துகளின் வீரிய காலத்தைக் கணக்கிடவும் பெரிதும் பயன்படுகிறது.

வினைவேகத்தைப் பாதிக்கும் காரணிகள் மற்றும் அர்ஹீனியஸ் சமன்பாடு

வினைபடு பொருட்களின் தன்மை, செறிவு, புறப்பரப்பு அளவு, வெப்பநிலை மற்றும் வினைவேக மாற்றி ஆகியவை வினைவேகத்தைப் பாதிக்கின்றன. வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது மூலக்கூறுகளின் மோதல் வேகம் அதிகரித்து வினைவேகமும் கூடுகிறது. இதை விளக்கும் அர்ஹீனியஸ் சமன்பாடு \(k = A e^{-E_a/RT}\) கிளர்வுறு ஆற்றலின் முக்கியத்துவத்தைக் காட்டுகிறது. வினைவேக மாற்றிகள் கிளர்வுறு ஆற்றலைக் குறைப்பதன் மூலம் வினையை எளிதாக்குகின்றன.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• வினையின் வகையைச் சமன்பாட்டின் கெழுக்களைக் கொண்டு தீர்மானித்தல் தவறு; இது சோதனையின் அடிப்படையில் மட்டுமே கண்டறியப்பட வேண்டும்.
• வினைவேகத்தின் அலகுகளை எழுதும் போது காலத்தின் அலகைக் கவனிக்கத் தவறுதல்; நொடி அல்லது நிமிடத்தைப் பொறுத்து அலகு மாறும்.
• அரை வாழ் காலம் முதல் வகை வினைக்கு மட்டுமே துவக்கச் செறிவைச் சார்ந்திராது; மற்ற வகை வினைகளுக்கு இது மாறுபடும்.
• அர்ஹீனியஸ் சமன்பாட்டில் வெப்பநிலையை செல்சியஸ் அளவில் பயன்படுத்துதல் தவறு; எப்போதும் கெல்வின் அளவிலேயே பயன்படுத்த வேண்டும்.
• கிளர்வுறு ஆற்றலின் அலகை ஜூல் மற்றும் கிலோஜூல் என மாற்றும்போது ஏற்படும் தசமப் பிழைகள்; மாற்றங்களைச் சரியாகச் செய்ய வேண்டும்.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

சராசரி வினைவேகம் என்றால் என்ன?

ஒரு குறிப்பிட்ட கால இடைவெளியில் வினைபடு பொருட்களின் செறிவில் ஏற்படும் மாற்றத்தை அந்தக் கால இடைவெளியால் வகுக்கக் கிடைப்பது சராசரி வினைவேகமாகும். இது வினையின் போக்கில் சீராக இருப்பதில்லை. ஆரம்பத்தில் அதிகமாகவும் நேரம் செல்லச் செல்ல குறைவாகவும் இருக்கும்.

வினையின் வகைக்கும் மூலக்கூறு எண்ணிற்கும் என்ன வேறுபாடு?

வினையின் வகை என்பது சோதனை மூலம் கண்டறியப்படும் அடுக்கு மதிப்புகளின் கூடுதல், இது பூஜ்ஜியமாகவும் இருக்கலாம். ஆனால், மூலக்கூறு எண் என்பது வினையின் அடிப்படைப் படியில் ஈடுபடும் அணுக்களின் எண்ணிக்கை, இது எப்போதும் முழு எண்ணாகவே இருக்கும்.

ஒரு வினையின் அரை வாழ் காலம் எதைக் குறிக்கிறது?

வினைபடு பொருளின் செறிவு அதன் ஆரம்ப அளவில் சரியாகப் பாதியாகக் குறைவதற்கு எடுத்துக் கொள்ளும் காலமே அரை வாழ் காலம் எனப்படும். இது வினையின் வேக மாறிலியைத் தீர்மானிக்கவும், கதிரியக்கச் சிதைவைக் கணக்கிடவும் மிக முக்கியமான காரணியாகும்.

வெப்பநிலை அதிகரித்தால் வினைவேகம் ஏன் அதிகரிக்கிறது?

வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது மூலக்கூறுகளின் இயக்க ஆற்றல் கூடுகிறது. இதனால் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான மோதல்கள் அதிகரித்து, கிளர்வுறு ஆற்றலை விட அதிக ஆற்றல் கொண்ட மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை உயர்கிறது. இதன் விளைவாக வினையின் வேகம் கணிசமாக அதிகரிக்கிறது.

கிளர்வுறு ஆற்றல் என்றால் என்ன?

வினைபடு பொருட்கள் தங்களுக்குள் மோதி வினைவிளை பொருட்களாக மாறுவதற்குத் தேவையான ஒரு குறிப்பிட்ட குறைந்தபட்ச ஆற்றல் மட்டம் உள்ளது. அந்த நிலையை அடைய மூலக்கூறுகள் பெற வேண்டிய கூடுதல் ஆற்றலே கிளர்வுறு ஆற்றல் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

வினைவேக மாற்றிகள் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன?

வினைவேக மாற்றிகள் ஒரு வினையின் கிளர்வுறு ஆற்றலைக் குறைப்பதன் மூலம் வினையினை ஒரு புதிய பாதையில் வழிநடத்துகின்றன. இவை வினையின் முடிவில் வேதியியல் ரீதியாக மாற்றமடையாமல் அப்படியே கிடைக்கின்றன. இதனால் குறைவான வெப்பநிலையிலேயே வினைகள் வேகமாக நிகழ்கின்றன.

போலி முதல் வகை வினைக்கு ஒரு உதாரணம் தருக?

எஸ்டரை அமில முன்னிலையில் நீராற்பகுத்தல் ஒரு போலி முதல் வகை வினையாகும். இதில் நீர் அதிக அளவில் பயன்படுத்தப்படுவதால் அதன் செறிவு மாற்றமடைவதில்லை. இதனால் இரண்டாம் வகை வினையாக இருக்க வேண்டியது முதல் வகை வினையாகக் கருதப்படுகிறது.