రసాయనశాస్త్రంలో ముఖ్యమైన సూత్రాలు, నియమాలు

గ్రాహం వాయు వ్యాపన నియమం  

(Graham’s Law of Diffusion)

సుగంధ ద్రవ్యాలు, అత్తర్లు వాయు వ్యాపన ప్రక్రియ ద్వారా సువాసన వెదజల్లుతాయి.

తేలికైన వాయువులు భారమైన వాయువుల కంటే త్వరగా వ్యాపనం చెందుతాయి.

​​​​​​​ వాయువుల  వ్యాపన వేగానికి, వాటి సాంద్రతకు మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని వివరించే నియమాన్ని గ్రాహం వాయు వ్యాపన నియమం అంటారు.

​​​​​​​ ఈ నియమం ప్రకారం ‘ఇచ్చిన పీడనం, ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నిర్దిష్ట ద్రవ్యరాశి ఉన్న వాయువు వ్యాపన రేటు దాని సాంద్రత వర్గమూలానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది’. 

​​​​​​​ ఈ నియమాన్ని గణిత రూపంలో కింది విధంగా రాస్తారు.

ఇక్కడ r = వాయు వ్యాపన రేటు

         d = వాయు సాంద్రత

​​​​​​​ఒకే ఉష్ణోగ్రత, పీడనం వద్ద రెండు వాయువుల వ్యాపన రేట్లు r₁, r₂; వాటి సాంద్రతలు d₁, d₂ అనుకుంటే గ్రాహం వ్యాపన నియమం ప్రకారం,

​​​​​​​ఒకే పీడనం, ఉష్ణోగ్రతల వద్ద రెండు వాయువుల వ్యాపన రేట్లు  r₁, r₂; వాటి మోలార్‌ ద్రవ్యరాశులు  M₁, M₂ అనుకుంటే గ్రాహం వ్యాపన నియమం ప్రకారం

ఏకాంక (ఒకే) కాలంలో వ్యాపనం చెందే వాయువు ఘనపరిమాణాన్ని వ్యాపన రేటు అంటారు.

 నిస్సరణం: ఒక వాయువు సన్నని రంధ్రం ద్వారా వ్యాపనం చెందడాన్ని నిస్సరణం అంటారు. ఇది ఒకే దిశలో జరుగుతుంది. కానీ వ్యాపనం దిశారహితమైంది. గ్రాహం వ్యాపన నియమాన్ని వాయు నిస్సరణానికి కూడా అన్వయిస్తారు.

 ఆదర్శవాయు సమీకరణం: (Ideal gas equation)
​​​​​​​బాయిల్‌ నియమం, చార్లెస్‌ నియమం, అవగాడ్రో నియమాలను కలిపి ఒకే సమీకరణంగా రాస్తే, దాన్ని ఆదర్శవాయు సమీకరణం అంటారు.

PV = nRT (ఆదర్శవాయు సమీకరణం)

ఇక్కడ, P = పీడనం, 

V = ఘనపరిమాణం, T = ఉష్ణోగ్రత, 

n = వాయువు మోల్‌ సంఖ్య, 

R = వాయు స్థిరాంకం.

​​​​​​​ ఆదర్శ వాయు సమీకరణాన్ని స్థితి సమీకరణం అంటారు. ఇది వాయువు స్థితిని వివరిస్తుంది.

ద్రవ్యనిత్యత్వ నియమం  (Law of Conservation of Mass)

​​​​​​​​​​​​​ రసాయన చర్యల్లో ‘పదార్థాన్ని సృష్టించలేం, నాశనం చేయలేం’.

​​​​​​​ ఈ సూత్రాన్ని ఆంటొనీ లెవోషియర్‌ ప్రతిపాదించారు. 

స్థిరానుపాత నియమం (Law of Definite Proportions)

​​​​​​​ఈ నియమాన్ని జోసెఫ్‌ప్రాస్ట్‌ అనే రసాయన శాస్త్రవేత్త ప్రతిపాదించారు.

​​​​​​​దీని ప్రకారం - ‘ఒక నిర్దిష్ట సమ్మేళనంలో అవే మూలకాలు భారాత్మకంగా ఒకే నిష్పత్తిలో కలిసి ఉంటాయి’.

బహ్వనుపాత నియమం (Law of Multiple Proportions) 

​​​​​​​ఈ నియమాన్ని డాల్టన్‌ ప్రతిపాదించారు.

​​​​​​​దీని ప్రకారం - ‘రెండు మూలకాలు కలిసి రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ సమ్మేళనాలను ఏర్పరిస్తే, స్థిర ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఒక మూలకంతో సంయోగం చెందే రెండో మూలకం ద్రవ్యరాశులు సరళ పూర్ణాంక నిష్పత్తిలో ఉంటాయి’.

స్టార్క్‌ - ఐన్‌స్టీన్‌ నియమం (Stark-Einstein Law)

​​​​​​​​​​​​​ ​శోషిత వికిరణ శక్తికి, కాంతి రసాయన చర్యకు మధ్య పరిమాణాత్మక సంబంధాన్ని తెలియజేస్తూ స్టార్క్, ఐన్‌స్టీన్‌ ఈ నియమాన్ని ప్రతిపాదించారు.

​​​​​​​ ఈ నియమం ప్రకారం ‘కాంతి రసాయన చర్యలో పాల్గొనే ప్రతీ క్రియాజనక అణువు ఒక క్వాంటం (Quantum) వికిరణాన్ని శోషిస్తుంది’.

​​​​​​​ కాంతి రసాయన చర్యలో ప్రతీ క్వాంటం వికిరణ శక్తి శోషణానికి ఒక క్రియాజనక అణువు మాత్రమే ఉత్తేజితమవుతుంది.

​​​​​​​ దీన్నే ‘కాంతి రసాయనశాస్త్ర ద్వితీయ నియమం’ లేదా ‘కాంతి రసాయన తుల్యతా నియమం’ అంటారు.

​​​​​​​ ఒక అణువు శోషించుకున్న క్వాంటం వికిరణ శక్తి,

     h = ప్లాంక్‌ స్థిరాంకం

​​​​​​​ ఒక మోల్‌ అణువులు శోషించుకున్న వికిరణ శక్తిని ‘ఐన్‌స్టీన్‌’ అంటారు.

1 ఐన్‌స్టీన్‌ = 1 మోల్‌ ఫోటాన్లు 

              = 6.023 x 10²³ ఫోటాన్లు

ఫారడే మొదటి నియమం (ఫారడే విద్యుద్విశ్లేషణ మొదటి నియమం)

​​​​​​​విద్యుద్విశ్లేష్యక పదార్థం విద్యుద్విశ్లేషణ జరుగుతున్నప్పుడు ఎలక్ట్రోడ్‌ల వద్ద వెలువడిన లేదా నిక్షిప్తమైన లేదా విద్రావణం చెందిన పదార్థ భారం, విద్యుద్విశ్లేష్యక పదార్థం మీదుగా ప్రవహించే విద్యుత్‌ పరిమాణానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

ఫారడే విద్యుద్విశ్లేషణ రెండో నియమం (Faraday’s second law of electrolysis)

​​​​​​​వరుస శ్రేణిలో కలిపిన భిన్న విద్యుద్విశ్లేష్యక పదార్థాలు, ద్రావణాలు లేదా గలన ద్రవాలు కలిగిన ఘటాల ద్వారా సమాన పరిమాణంలో విద్యుత్‌ ప్రవహిస్తే, ఎలక్ట్రోడ్‌ల వద్ద వెలువడిన, నిక్షిప్తమైన లేదా విద్రావణం చెందిన పదార్థాల భారాలు ఆయా పదార్థాల రసాయనిక తుల్యాంక భారాలకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటాయి.

హెస్‌ నియమం (Hess’s Law)

ఒక రసాయన చర్య ఒక దశలో జరిగినా లేదా ఎక్కువ దశల్లో జరిగినా వెలువడిన లేదా గ్రహించిన మొత్తం ఉష్ణ పరిమాణం ఒకే విలువలో ఉంటుంది.

ఉష్ణగతికశాస్త్ర మొదటి నియమం (First law of thermodynamics)

 ​​​​​​​ వ్యవస్థ, పరిసరాల మొత్తం శక్తి స్థిరంగా ఉంటుంది.

 ​​​​​​​ శక్తిని ఒక రూపం నుంచి మరొక రూపంలోకి మార్పు చెందించవచ్చు. శక్తిని సృష్టించలేం లేదా నాశనం చేయలేం.

ఉష్ణగతిక శాస్త్ర రెండో నియమం (Second law of thermodynamics)

​​​​​​​చల్లని వస్తువుల నుంచి ఉష్ణం వెచ్చని వస్తువులకు దానంతట అదే ప్రసరించదు. 

​​​​​​​బాహ్యకారక ప్రమేయం లేకుండా తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఉన్న ప్రదేశం నుంచి ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత కలిగిన ప్రదేశానికి ఉష్ణాన్ని ప్రసరింపచేయగలిగి, చక్రీయంగా పనిచేసే యంత్రాన్ని నిర్మించడం అసాధ్యం.

ఉష్ణగతిక శాస్త్ర మూడో నియమం (Third law of thermodynamics)

  ​​​​​​​ఒక వ్యవస్థలోని అణువుల క్రమరాహిత్యాన్ని లేదా అనియత స్వభావాన్ని కొలిచేదే ఎంట్రోపి.

  పరిపూర్ణ శుద్ధ స్ఫటిక పదార్థాల ఎంట్రోపి విలువ పరమ శూన్య ఉష్ణోగ్రత వద్ద శూన్య విలువను కలిగి ఉంటుంది.

గ్రోథస్‌ - డ్రేపర్‌ నియమం (Grotthuss–Draper Law)

​​​​​​​ఒక సమ్మేళనం లేదా వ్యవస్థ శోషణం చేసుకున్న కాంతి వికిరణం మాత్రమే కాంతి రసాయన చర్యకు దోహదపడుతుంది.

​​​​​​​దీన్నే కాంతి రసాయనశాస్త్ర ప్రథమ నియమం అంటారు. 

​​​​​​​క్రియాజనక అణువులు కాంతిని శోషించి ఉత్తేజిత స్థితికి చేరతాయి. ఈ ఉత్తేజిత అణువులు రసాయన మార్పు చెంది కాంతి రసాయన చర్యకు దారితీస్తాయి. కానీ వికిరణ శోషణం జరిగిన ప్రతి సందర్భంలోనూ కాంతి రసాయన చర్య జరగాల్సిన అవసరం లేదు. అనేక సందర్భాల్లో శోషణం చెందిన వికిరణ శక్తి భౌతిక ప్రక్రియల ద్వారా ఉష్ణం లేదా కాంతి రూపంలో ఉద్గారమవుతుంది.

రౌల్ట్‌ నియమం (Raoult’s Law)

​​​​​ ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​ అబాష్పశీలి ద్రావితాన్ని ఒక బాష్పశీలి ద్రావణిలో కరిగించినప్పుడు బాష్పపీడనంలో కలిగే తగ్గుదలను బాష్పపీడన నిమ్నత అంటారు.

​​​​​​​ బాష్పపీడన నిమ్నత ద్రావణంలో ద్రావిత పరిమాణం, ద్రవ ఉపరితల వైశాల్యంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

​​​​​​​ సాపేక్ష బాష్పపీడన నిమ్నతకు, ద్రావణ సంఘటనానికి మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని రౌల్ట్‌ అనే శాస్త్రవేత్త ప్రతిపాదించారు. 

​​​​​​​ రౌల్ట్‌ నియమం ప్రకారం - ‘అబాష్పశీలి ద్రావితం కలిగిన విలీన ద్రావణం సాపేక్ష బాష్పపీడన నిమ్నత, ద్రావణంలోని ద్రావితం మోల్‌ భాగానికి సమానం’.

​​​​​​​ ఈ నియమం విలీన ద్రావణాలకు; అబాష్పశీలి ద్రావితం ఉన్నప్పుడు; ద్రావితం అణుస్థితిలో మార్పు జరగనప్పుడు మాత్రమే వర్తిస్తుంది.

​​​​​​​ అన్ని గాఢతల వద్ద రౌల్ట్‌ నియమాన్ని పాటించే ద్రావణాన్ని ‘ఆదర్శ ద్రావణం’ అంటారు. ఇందులో ద్రావితం, ద్రావణిల మధ్య అంతర అణుబలాలు సమానంగా ఉంటాయి.

హెన్రీ నియమం (Henry’s Law)

 హెన్రీ నియమం ప్రకారం - ‘ఒక స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద నిర్దిష్ట ఘనపరిమాణం ఉన్న ద్రావణిలో కరిగే వాయు ద్రావణీయత వాయువు పాక్షిక పీడనానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది’.

   మృదుపానీయాలు, సోడానీటిలో ద్రావణీయతను పెంచడానికి ఆ సీసాల్లో అధిక పీడనంలో కార్బన్‌ డైఆక్సైడ్‌ వాయువును నింపి మూసివేస్తారు.

 సముద్రంలో ఎక్కువ లోతులో (అధిక పీడనం) ఈదే వారి రక్తంలో వాతావరణ వాయువుల ద్రావణీయత పెరిగి, నైట్రోజన్‌ బుడగలు ఏర్పడి, కేశనాళికలను మూసి విష ప్రభావాలను కలిగించే ప్రమాదం ఉంది.

మాదిరి ప్రశ్నలు

1. బొగ్గు గనుల్లో వెలువడే ప్రమాదకర మార్ష్‌ వాయువును గుర్తించే అన్సిల్‌ అలారం ఏ ధర్మంపై ఆధారపడి పని చేస్తుంది?

జ‌: వ్యాపనం      

2. కిందివాటిలో ఆదర్శవాయు సమీకరణం ఏది?

జ‌: PV = nRT

3. ఉష్ణగతికశాస్త్ర మొదటి నియమం ప్రకారం..

1) శక్తిని ఒక ప్రక్రియలో ఒక రూపం నుంచి మరొక రూపంలోకి మార్చొచ్చు.

2) శక్తిని నశింపజేయడం లేదా సృష్టించడం వీలు కాదు.

3) 1, 2

4) శక్తిని నశింపజేసి వేరొక రూపంలోకి మార్చొచ్చు.

జ‌: 1, 2

​​​​​4. ఒక పదార్థం మూడు స్థితుల్లో లభ్యమయ్యే బిందువు ఏది?

జ‌:  త్రిక బిందువు      

5. పదార్థం స్థితి మార్పునకు కారణం ఏమిటి?

1) అణువుల మధ్య ఆకర్షణ బలాలు       2) అంతర్గత శక్తి 

3) అణువుల అమరిక                         4) పైవన్నీ

జ‌: పైవన్నీ

6. రసాయన చర్యలో పాల్గొనకుండా చర్యా వేగాన్ని పెంచే పదార్థాన్ని ఏమంటారు?

జ‌:  ఉత్ప్రేరకం