వాయుస్థితి, వాయు నియమాలు

వాయువుల ధర్మాలు

వాయు పదార్థాలు నిర్దిష్టమైన ఆకారాన్ని, ఘనపరిమాణాన్ని కలిగి ఉండవు. వాయువును ఏ పాత్రలో తీసుకుంటే ఆ పాత్ర ఆకారాన్ని, ఘనపరిమాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

 వాయువుల్లో అణువుల మధ్య ఆకర్షణ బలాలు చాలా తక్కువగా, దూరం చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది.

 వాయువులు అధికంగా సంపీడనం చెందుతాయి.

వాయువులు అన్ని దిశల్లోనూ సమానంగా పీడనాన్ని కలగజేస్తాయి.

వివిధ వాయువులు అన్ని నిష్పత్తుల్లో పూర్తిగా, సమానంగా కలిసిపోతాయి.

 వాయుపదార్థాలు ఘన, ద్రవపదార్థాల కంటే తక్కువ సాంద్రతను కలిగి ఉంటాయి.

వాయు నియమాలు

i బాయిల్‌ నియమం 

బాయిల్‌ నియమం ప్రకారం, స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద నియమిత ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఒక వాయువు ఘనపరిమాణం దాని పీడనానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

బాయిల్‌ నియమాన్ని గణిత రూపంలో కింది విధంగా రాస్తారు.

ఇక్కడ P = పీడనం, V= ఘనపరిమాణం, 

         T = ఉష్ణోగ్రత, n = మోల్‌ సంఖ్య, 

          K = అనుపాత స్థిరాంకం

స్థిర ఉష్ణోగ్రత, నియమిత ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఒక వాయువు P₁ పీడనం వద్ద V₁ ఘనపరిమాణాన్ని ఆక్రమిస్తే, ఆ వాయువు వ్యాకోచం చెందినప్పుడు దాని ఘనపరిమాణం V₂, పీడనం P₂ గా మారితే, బాయిల్‌ నియమం ప్రకారం:

 P-V వక్రరేఖలను ‘సమోష్ణోగ్రతా వక్రాలు’(Isotherms) అంటారు.

బాయిల్‌ నియమం ప్రకారం, స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద నియమిత ద్రవ్యరాశి ఉన్న వాయువు పీడనం దాని సాంద్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

ii ఛార్లెస్‌ నియమం (Charle’s Law): 

ఛార్లెస్‌ నియమం ప్రకారం, స్థిర పీడనం వద్ద, నియమిత ద్రవ్యరాశి ఉన్న వాయువు ఘనపరిమాణం పరమ ఉష్ణోగ్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

 స్థిర పీడనం వద్ద నిర్దిష్ట ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఒక వాయువు  0°C వద్ద ఉండే ఘనపరిమాణం ప్రతి1°Cఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలకు 

రెట్లు తగ్గుతుంది.

 ఛార్లెస్‌ నియమాన్ని గణిత రూపంలో కింది విధంగా సూచిస్తారు.

ఇక్కడ V = ఘనపరిమాణం, 

T = పరమ ఉష్ణోగ్రత, 

K = అనుపాత స్థిరాంకం

సెల్సియస్‌ ఉష్ణోగ్రత 0°C  అయితే పరమ ఉష్ణోగ్రత, 273.15K అవుతుంది.

 సెల్సియస్‌ ఉష్ణోగ్రత 100°C అయితే పరమ ఉష్ణోగ్రత 373.15K అవుతుంది.

చార్లెస్‌ నియమం ప్రకారం,

స్థిర పీడనం వద్ద ఘనపరిమాణం - ఉష్ణోగ్రత (V - T) రేఖలను ‘ఐసోబార్స్‌’(Isobars)  అంటారు.

-273.15°C లేదా 0K ఉష్ణోగ్రతల వద్ద వాయువుల ఘనపరిమాణం శూన్యం అవుతుంది. వాయువులు శూన్య ఘనపరిమాణం కలిగి ఉండే కనిష్ఠ ఉష్ణోగ్రత (0K)ను ‘పరమశూన్య ఉష్ణోగ్రత’ (Absolute Zero Temperature) అంటారు.

iii గెలూసాక్‌ నియమం (Gay-Lussac’s Law): 

 గెలూసాక్‌ నియమం ప్రకారం, స్థిర ఘనపరిమాణం వద్ద నిర్దిష్ట ద్రవ్యరాశి ఉన్న వాయువు పీడనం పరమ ఉష్ణోగ్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

గెలూసాక్‌ నియమాన్ని గణిత రూపంలో కింది విధంగా సూచిస్తారు.

ఒక వాయువు పీడనం విలువలు P₁& P₂ పరమ ఉష్ణోగ్రత విలువలు T₁ & T₂ అయితే, గెలూసాక్‌ నియమం ప్రకారం,

 స్థిర ఘనపరిమాణం ఉన్న వాయువు పీడనం - ఉష్ణోగ్రతల రేఖలను ‘ఐసోకోర్స్‌’(Isochores) అంటారు.

iv) అవగాడ్రో నియమం 

(Avogadro’s Law):

అవగాడ్రో నియమం ప్రకారం, స్థిర ఉష్ణోగ్రత, పీడనాల వద్ద సమాన ఘనపరిమాణాలు ఉన్న విభిన్న వాయువులు సమాన సంఖ్యలో అణువులు లేదా మోల్‌ను కలిగి ఉంటాయి.

ఒక వాయువు ఘనపరిమాణం దాని మోల్‌ సంఖ్యకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

 అవగాడ్రో నియమం ప్రకారం, V α n

ఇక్కడ V= ఘనపరిమాణం, 

     n = మోల్‌ సంఖ్య

 ప్రమాణ ఉష్ణోగ్రత (273.15K),  ప్రమాణ పీడనం (1 బార్‌) వద్ద ఒక మోల్‌ ఉన్న ఏ వాయువైనా ఒకే ఘనపరిమాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

ప్రమాణ ఉష్ణోగ్రత, పీడనాల వద్ద ఒక మోల్‌ వాయువు 22.4 లీ./మోల్‌ ఘనపరిమాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

 ప్రమాణ ఉష్ణోగ్రత, పీడనాల వద్ద ఒక మోల్‌ వాయువులో 6.022 ´ 10²³ అణువులు ఉంటాయి.

1 మోల్‌ = 6.022 x10²³ 

అణువులు = 22.4 లీ./మోల్‌

 గ్రాహం వాయు వ్యాపన నియమం

(Graham’s Law of Diffusion):

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

ఈ నియమం ప్రకారం, ప్రయోగించిన పీడనం, ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నిర్దిష్ట ద్రవ్యరాశి ఉన్న వాయువు వ్యాపనం రేటు దాని సాంద్రత వర్గమూలానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

గ్రాహం వాయు వ్యాపన నియమం ప్రకారం,

ఇక్కడ,r = వాయు వ్యాపన రేటు

d = వాయువు సాంద్రత

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

ఒకే పీడనం, ఉష్ణోగ్రత వద్ద రెండు వాయువుల వ్యాపన రేట్లు r₁, r₂, వాటి మోలార్‌ ద్రవ్యరాశులు m₁, m₂ అనుకుంటే గ్రాహం వ్యాపన నియమం ప్రకారం,

 ఒక వాయువు సన్నటి రంధ్రం ద్వారా వ్యాపనం చెందడాన్ని ‘నిస్సరణం’ అంటారు. నిస్సరణం ఒక దిశలో జరుగుతుంది, కానీ వ్యాపనం దిశారహితమైంది.

అంతర అణుబలాలు - ఉష్ణశక్తి

అంతర అణుబలాలు పదార్థంలోని అణువులను దగ్గరగా చేర్చే ఆకర్షణ బలాలు.

అణువులను ఒకదానికొకటి దూరం చేసే శక్తి - ఉష్ణశక్తి.

 అంతర అణుబలాలు, ఉష్ణశక్తి మధ్య సమతౌల్యత పదార్థ భౌతిక స్థితికి కారణమవుతుంది.

పదార్థ ఉష్ణశక్తి కంటే అంతర అణుబలాలు ఎక్కువైతే పదార్థం మార్పు చెందే విధానం:

వాయువు → ద్రవం → ఘన పదార్థం

పదార్థం ఉష్ణశక్తి కంటే అంతర అణుబలాలు తక్కువైతే పదార్థం మార్పు చెందే విధానం:

ఘన పదార్థం → ద్రవం→ వాయువు

వాయుస్థితి

 పదార్థంలో అతి సరళమైంది వాయుస్థితి.

 గాలి అనేక వాయువుల మిశ్రమం.

 వాతావరణంలోని ట్రోపో ఆవరణంలో జీవజాలం మనుగడకు అవసరమైన నైట్రోజన్‌ వాయువు(N₂),  ఆక్సిజన్‌ వాయువు± (O₂),  కార్బన్‌ డైఆక్సైడ్‌(CO₂),  నీటి ఆవిరి (H₂O) లాంటివి ఉంటాయి.

మాదిరి ప్రశ్నలు

1. కిందివాటిలో ఆదర్శవాయు సమీకరణం ఏది?

                      

2. నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత, పీడనం వద్ద ఒక పదార్థం ఘన, ద్రవ, వాయు స్థితుల్లో లభ్యమవడాన్ని ఏమంటారు?

1) త్రికబిందువు        2) యుటెక్టిక్‌ బిందువు

3) క్రయోహైడ్రిక్‌ బిందువు    4) ఏదీకాదు

3. కిందివాటిలో అత్యధిక సంపీడ్యత కలిగిన పదార్థ స్థితి? 

1) ఘనస్థితి       2) ద్రవస్థితి  

3) వాయుస్థితి      4) 1, 2

4. బాయిల్‌ నియమం ప్రకారం, వాయుపీడనాన్ని సగానికి తగ్గిస్తే, దాని ఘనపరిమాణం ఏమవుతుంది?

1)సగానికి తగ్గుతుంది

2) రెట్టింపు అవుతుంది

3) స్థిరంగా ఉంటుంది   

4) కచ్చితంగా చెప్పలేం

5. బాయిల్‌ నియమాన్ని గణిత రూపంలో కింది ఏ విధంగా సూచిస్తారు?

                           

6. ఛార్లెస్‌ నియమాన్ని గణిత రూపంలో కింది ఏ విధంగా సూచిస్తారు?

సమాధానాలు

1-1    2-1    3-3    4-2    5-2    6-2