विलयन व अणुसंख्य गुणधर्म
चार अणुसंख्य गुणधर्म
| गुणधर्म | सूत्र | स्थिरांक |
|---|---|---|
| वाष्प दाब का आपेक्षिक अवनमन | (p° − p)/p° = i·x_विलेय | कोई नहीं चाहिए |
| क्वथनांक उन्नयन | ΔT_b = i·K_b·m | जल हेतु K_b = 0.52 K·किग्रा/मोल |
| हिमांक अवनमन | ΔT_f = i·K_f·m | जल हेतु K_f = 1.86 K·किग्रा/मोल |
| परासरण दाब | π = i·CRT | मोलरता का प्रयोग, मोललता का नहीं |
वान्ट हॉफ गुणक
गुणक i वास्तव में उपस्थित कणों की संख्या का घुली संख्या से अनुपात है। ग्लूकोस या यूरिया जैसे अनविद्युत्-अपघट्य हेतु i = 1। प्रबल विद्युत्-अपघट्य हेतु वह आयनों की संख्या के बराबर है: NaCl हेतु 2, CaCl₂ या Na₂SO₄ हेतु 3, AlCl₃ या K₃[Fe(CN)₆] हेतु 4। α मात्रा सहित n कणों में वियोजित होते दुर्बल विद्युत्-अपघट्य हेतु i = 1 + (n − 1)α। n के समूहों में संगुणित होते विलेय हेतु i = 1/n, अतः i, 1 से नीचे गिरता है।
i व आभासी मोलर द्रव्यमान के बीच संबंध स्पष्ट रूप से कहने योग्य है क्योंकि अधिकांश प्रश्न वही रूप लेते हैं: i = M_सैद्धांतिक / M_प्रेक्षित। वियोजन अधिक कण बनाता है, अतः M_प्रेक्षित सत्य मान से छोटा आता है; संगुणन कम बनाता है, अतः M_प्रेक्षित बड़ा आता है। यदि NaCl पर प्रयोग 58.5 के बजाय 29 के निकट मोलर द्रव्यमान बताए, तो कुछ ग़लत नहीं है — विलेय दो आयनों में बँट गया है और गणना ने उसका हिसाब नहीं रखा।
मुख्य बिंदु
- राउल्ट: p_A = x_A p°_A; अवाष्पशील विलेय हेतु (p° − p)/p° = x_विलेय।
- धनात्मक विचलन का अर्थ दुर्बल A–B बल व निम्नतम-क्वथनांक स्थिरक्वाथी; ऋणात्मक का उलटा।
- हेनरी: p = K_H·x। बड़ा K_H कम विलेय गैस का अर्थ रखता है, और विलेयता गरम करने पर सदा घटती है।
- ΔT_b = iK_b m व ΔT_f = iK_f m मोललता प्रयोग करते हैं; π = iCRT मोलरता।
- विलेय क्वथनांक बढ़ाता व हिमांक घटाता है — दोनों वाष्प दाब की उसी गिरावट से।
- बृहद्अणुओं हेतु परासरण दाब विधि है, क्योंकि RT, K_f से बहुत बड़ा गुणक है।
- NaCl हेतु i = 2, CaCl₂ हेतु 3, AlCl₃ हेतु 4; दुर्बल विद्युत्-अपघट्यों हेतु i = 1 + (n − 1)α।
- संगुणन i < 1 देता है: बेंज़ीन में बेंज़ोइक अम्ल द्विलकित होता है, अतः उसका आभासी मोलर द्रव्यमान 244 तक दुगुना।
अभ्यास प्रश्न (8)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
ग्लूकोस, NaCl व CaCl₂ के समान-मोलल जलीय विलयनों की तुलना की जाती है। हिमांक अवनमन का क्रम है:
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उत्तर: B — ग्लूकोस < NaCl < CaCl₂
ΔT_f = iK_f m, और बराबर मोललता पर एकमात्र अंतर i है: ग्लूकोस हेतु 1, NaCl हेतु 2 व CaCl₂ हेतु 3। अतः अवनमन 1 : 2 : 3 के अनुपात में हैं। प्रथम विकल्प उन अभ्यर्थियों हेतु जाल है जो याद रखते हैं कि अणुसंख्य गुणधर्म विलेय की पहचान उपेक्षित करते हैं परंतु भूल जाते हैं कि वे कण गिनते हैं, और विद्युत्-अपघट्य प्रति सूत्र-इकाई कई कण देता है।बेंज़ीन में बेंज़ोइक अम्ल 122 के बजाय लगभग 244 आभासी मोलर द्रव्यमान देता है। इसका कारण है:
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उत्तर: B — वह हाइड्रोजन आबंधन से द्विलकों में संगुणित होता है
बेंज़ीन आयनों को स्थायी नहीं कर सकता, अतः आयनित होने के बजाय बेंज़ोइक अम्ल के दो अणु अपने कार्बोक्सिल समूहों से हाइड्रोजन आबंधित होकर द्विलक बनाते हैं। वह कण-संख्या आधी करता है, i = 0.5 देते हुए, और चूँकि i = M_सैद्धांतिक/M_प्रेक्षित, आभासी मोलर द्रव्यमान दुगुना हो जाता है। वियोजन का विपरीत प्रभाव होता और वह 61 के निकट मोलर द्रव्यमान बताता, अतः प्रथम विकल्प ग़लत दिशा दिखाता है।क्लोरोफ़ॉर्म व ऐसीटोन का मिश्रण राउल्ट नियम की भविष्यवाणी से कम वाष्प दाब दर्शाता है क्योंकि:
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उत्तर: A — दोनों के बीच नया हाइड्रोजन आबंध बनता है, A–B आकर्षण प्रबल करते हुए
CHCl₃ का अम्लीय हाइड्रोजन ऐसीटोन के कार्बोनिल ऑक्सीजन से हाइड्रोजन आबंधित होता है, वह अन्योन्यक्रिया जो कोई शुद्ध द्रव स्वयं से नहीं बना सकता। प्रबल A–B आकर्षण अणुओं को द्रव में रोकता है, अतः वाष्प दाब आदर्श भविष्यवाणी से नीचे गिरता है और मिश्रण ऊष्माक्षेपी है — ऋणात्मक विचलन की परिभाषा। दुर्बल A–B बल व ऊष्माशोषी मिश्रण के बजाय धनात्मक विचलन का वर्णन करते हैं।प्रोटीन का मोलर द्रव्यमान निर्धारित करने हेतु कौन-सा अणुसंख्य गुणधर्म वरीय है?
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उत्तर: C — परासरण दाब
बृहद्अणु इतनी निम्न मोलल सांद्रता देता है कि ΔT_f व ΔT_b मापने हेतु बहुत छोटे हैं — 10⁻⁵ K की कोटि के। परासरण दाब में गुणक RT है, K_f से लगभग तीन कोटि बड़ा, अतः वह उसी अत्यल्प सांद्रता पर दाबमापी द्वारा पढ़ा जा सकने वाला दाब देता है। उसका व्यावहारिक लाभ यह भी है कि वह कक्ष-ताप पर मापनीय है, उस प्रोटीन को गरम किए बिना जो विकृत हो जाएगा।0.1 M NaCl के साथ कौन-सा विलयन समपरासरी है?
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उत्तर: B — 0.2 M ग्लूकोस
समपरासरी का अर्थ बराबर परासरण दाब है, और π = iCRT, अतः जो मेल खाना चाहिए वह गुणनफल iC है। i = 2 सहित 0.1 M पर NaCl कणों में प्रभावी 0.2 M देता है, i = 1 सहित 0.2 M ग्लूकोस से मेल खाते हुए। 0.1 M CaCl₂ का i = 3 है अतः वह कणों में 0.3 M देता है, जो उसे NaCl विलयन के सापेक्ष अतिपरासरी बनाता है।ताप बढ़ाने पर जल में गैस की विलेयता:
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उत्तर: B — घटती है
गैस घुलना ऊष्माक्षेपी है, अतः ले शातेलिए से गरम करना गैस को बाहर निकालता है और विलेयता घटती है — जल के क्वथन से बहुत पहले बुदबुदे बनते दिखाई देते हैं। इसीलिए गरम नदी-जल कम घुली ऑक्सीजन रखता है और बिजलीघरों से ऊष्मीय निस्सरण जलीय जीवन को तनाव देता है। ठोस प्रायः विपरीत व्यवहार करते हैं, इसीलिए दोनों स्थितियों का साथ सामान्यीकरण नहीं करना चाहिए।एथेनॉल व जल निम्नतम-क्वथनांक स्थिरक्वाथी बनाते हैं। यह दर्शाता है:
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उत्तर: B — राउल्ट नियम से धनात्मक विचलन
निम्नतम-क्वथनांक स्थिरक्वाथी का अर्थ है मिश्रण का वाष्प दाब राउल्ट की भविष्यवाणी से उच्च है, जो धनात्मक विचलन है: एथेनॉल का अपना हाइड्रोजन-आबंध जाल जल द्वारा समान प्रबल प्रतिस्थापन के बिना भंग होता है, अतः अणु सरलता से निकलते हैं। स्थिरक्वाथी का अस्तित्व ठीक वही कारण है कि एथेनॉल 95.6 % से आगे आसवित नहीं हो सकता — अंतिम विकल्प स्थिरक्वाथी के आशय का उलटा कहता है।दुर्बल विद्युत्-अपघट्य AB विलयन में 40 % वियोजित है। उसका वान्ट हॉफ गुणक है:
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उत्तर: B — 1.4
n कणों में वियोजन हेतु i = 1 + (n − 1)α, और AB, n = 2 देता है, अतः i = 1 + (1)(0.4) = 1.4। उत्तर 2.0 केवल पूर्ण वियोजन पर लागू होगा, और 0.4 स्वयं α है जिसे i समझ लिया गया। ध्यान दें कि किसी भी वियोजित होते विलेय हेतु i सदा 1 से अधिक होना चाहिए, अतः 1 से नीचे उत्तर बजाय संगुणन का संकेत है और यहाँ सही नहीं हो सकता।