புறப்பரப்பு வேதியியல்: ஒரு மதிப்பெண் வினாக்கள், புத்தக வினா விடைகள் மற்றும் குறிப்புகள்
இரண்டு நிலைமைகள் சந்திக்கும் எல்லையில் என்ன நடக்கிறது என்பதைப் புறப்பரப்பு வேதியியல் (Surface Chemistry) படிக்கிறது. பரப்புக் கவர்ச்சி, ஃபிரண்ட்லிச் சமவெப்பக் கோடு, இயற்பரப்புக் கவர்ச்சி, வேதிப்பரப்புக் கவர்ச்சி, ஒருபடித்தான, பலபடித்தான மற்றும் நொதி வினைவேக மாற்றம், கூழ்மங்களின் வகைப்பாடு, தயாரிப்பு, தூய்மையாக்கல், பண்புகள், வீழ்படிதல், பால்மங்கள், பயன்கள் ஆகிய அனைத்தும் இந்தப் பாடத்தில் விளக்கப்பட்டுள்ளன.
இந்தப் பாடத்தைப் படியுங்கள்
முந்தைய பொதுத் தேர்வுகளில் கேட்கப்பட்டவை
இந்தப் பாடத்திலிருந்து 8 வினாக்கள் 6 முந்தைய பொதுத் தேர்வுகளில் கேட்கப்பட்டன. விடையையும் விளக்கத்தையும் காண எந்த வினாவையும் திறக்கவும்.
-
மார்ச் 2026
ஒரு அயனியின் வீழ்படிவாகும் திறன் பின்வரும் பண்புகளில் எதைச் சார்ந்து அமைந்துள்ளது ?விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மார்ச் 2025
மின்புலத்தில் வைக்கப்பட்டுள்ள ஒரு கூழ்மநிலை அமைப்பில் உள்ள துகள்கள் எதிர்மின்முனையை நோக்கி நகருகின்றன. அதே கூழ்மக்கரைசலின் திரிதல் நிகழ்வானது (i) \(K_2SO_4\), (ii) \(Na_3PO_4\), (iii) \(K_4[Fe(CN)_6]\) மற்றும் (iv) NaCl ஆகியவற்றைக் கொண்டு ஆய்வு செய்யப்படுகின்றது. அவற்றின் வீழ்படிவாகும் திறன்விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மார்ச் 2024
இரும்பு வினைவேகமாற்றியின் செயல்திறனை அதிகரிக்கும் சேர்மம் :விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மார்ச் 2023
பின்வருவனவற்றுள் எது சரியாகப் பொருந்தியுள்ளது ?விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மே 2022
பின்வருவனவற்றுள் எது ஒருபடித்தான வினைவேக மாற்றத்திற்கு எடுத்துக்காட்டு ?விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மே 2022
மூடுபனி என்பது எவ்வகை கூழ்மம் ?விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
துணைத்தேர்வு 2021
ஒரு கூழ்மக்கரைசல் வழியே ஒளிக்கற்றையை செலுத்தும் போது காணக் கிடைக்கும் நிகழ்வு :விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
துணைத்தேர்வு 2021
பொருத்துக.விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
(1) பால்மம் (i) கலக்கப்பட்ட கிரீம்
(2) களி (ii) இங்க்
(3) நுரை (iii) கிரீம்
(4) கூழ்ம கரைசல் (iv) வெண்ணெய்
புறப்பரப்பு வேதியியல் பற்றி
நடுத்தரம் ~120 நிமிடப் படிப்பு
சர்க்கரைக் கரைசலின் நிறத்தைக் கரி நீக்குகிறது. நுண்ணியதாகப் பொடித்த சிறிதளவு நிக்கல் இருந்தால் தாவர எண்ணெய் ஹைட்ரஜனை ஏற்கிறது. பனிமூட்டத்தில் டார்ச் விளக்கின் ஒளி தெளிவான கற்றையாகத் தெரிகிறது. இந்த மூன்றும் ஒரு பரப்பில் நடப்பதைப் பொறுத்தவை. அங்கே ஒரு நிலைமையின் மூலக்கூறுகள் மற்றொரு நிலைமையைச் சந்திக்கின்றன.
பாடம் மூன்று படிகளாகச் செல்கிறது. முதலில் பரப்புக் கவர்ச்சி (Adsorption), அதாவது ஒரு பரப்பின் மீது மூலக்கூறுகள் சேருதல். வலிமை குறைந்த இயற்பியல் பரப்புக் கவர்ச்சியை வேதிப் பரப்புக் கவர்ச்சியிலிருந்து பிரித்துப் பார்க்கிறோம். அடுத்து, பல வினைவேக மாற்றிகள் எப்படிச் செயல்படுகின்றன என்பதைப் பரப்புக் கவர்ச்சி கொண்டு விளக்குகிறோம். கடைசியாகக் கூழ்மங்கள் (Colloids). அவற்றின் துகள்கள் மிகச் சிறியவை, எனவே மொத்தப் பரப்பு மிகப் பெரியது. அவை ஏன் பரவியே இருக்கின்றன, அவற்றை எப்படி வீழ்படியச் செய்யலாம் என்று பார்க்கிறோம்.
இங்கே பெரும்பாலான வினாக்கள் சிறியவை, நேரடியானவை. இயற்பரப்புக் கவர்ச்சியையும் வேதிப்பரப்புக் கவர்ச்சியையும் ஒப்பிடுதல், பால், பனிமூட்டம், வெண்ணெய் போன்ற எடுத்துக்காட்டுகளில் பிரிகை நிலைமையையும் பிரிகை ஊடகத்தையும் கண்டறிதல், டிண்டால் விளைவு மற்றும் பிரௌனியன் இயக்கத்தை விளக்குதல், ஒரு சாலை எந்த மின்பகுளி சிறப்பாக வீழ்படிவாக்கும் என்பதை ஹார்டி-ஷூல்ஸ் விதியால் முடிவு செய்தல் ஆகியவை கேட்கப்படலாம். பாடநூல் அட்டவணைகளில் உள்ள எடுத்துக்காட்டுகளைப் படியுங்கள். வினாக்களில் அவை நேரடியாகப் பெயரிட்டுக் கேட்கப்படுகின்றன.
நீங்கள் கற்பவை
- எடுத்துக்காட்டுகளுடன் பரப்புக் கவர்ச்சியையும் உட்கவர்தலையும் வேறுபடுத்துதல்.
- விசைகளின் தன்மை, என்தால்பி, மீள்தன்மை, வெப்பநிலையின் விளைவு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் இயற்பரப்புக் கவர்ச்சியையும் வேதிப்பரப்புக் கவர்ச்சியையும் ஒப்பிடுதல்.
- திண்மத்தின் மீது வாயு கவரப்படுவதற்கு ஃபிரண்ட்லிச் சமவெப்பக் கோட்டைப் பயன்படுத்துதல்.
- பரப்புக் கவர்ச்சிக் கொள்கையைக் கொண்டு பலபடித்தான வினைவேக மாற்றத்தை விளக்குதல்.
- பிரிகை நிலைமை மற்றும் பிரிகை ஊடகத்தின் இயற்பியல் நிலையைக் கொண்டு கூழ்மங்களை வகைப்படுத்துதல்.
- கூழ்மங்களின் ஒளியியல், இயக்கவியல் மற்றும் மின் பண்புகளை விவரித்தல்.
- பால்மமாக்கிகள் பால்மங்களை எப்படி நிலைப்படுத்துகின்றன என்று விளக்குதல்.
தொடங்குவதற்கு முன்
- பொருளின் நிலைகள் மற்றும் நிலைமை எல்லை பற்றிய கருத்து.
- கரைசல்கள் மற்றும் செறிவு அலகுகள்.
- மூலக்கூறு இடைக்கவர்ச்சி விசைகள், குறிப்பாக வாண்டர் வால்ஸ் விசைகள்.
இந்த அத்தியாயத்தில் உள்ள தலைப்புகள்
புறப்பரப்பு வேதியியல் — விரிவான விளக்கம்
பரப்புக் கவர்ச்சி, வினைவேக மாற்றம் மற்றும் கூழ்மங்கள்
பரப்புக் கவர்ச்சியும் அதன் வகைகளும்
ஒரு பொருள் மற்றொரு பொருளின் உள்ளே முழுவதும் பரவாமல், அதன் பரப்பில் மட்டும் சேர்வதே பரப்புக் கவர்ச்சி. பரப்பில் சேரும் பொருள் பரப்பில் கவரப்படும் பொருள் (adsorbate). பரப்பைத் தரும் பொருள் பரப்புக் கவர்பொருள் (adsorbent). இயற்பரப்புக் கவர்ச்சியில் (physisorption) மூலக்கூறுகள் வலிமை குறைந்த வாண்டர் வால்ஸ் விசைகளால் பிடிக்கப்படுகின்றன. இது மீளக்கூடியது, தேர்ந்தெடுப்புத் தன்மை அற்றது, சுமார் 20–40 kJ mol-1 என்ற குறைந்த என்தால்பி கொண்டது, வெப்பநிலை உயர்ந்தால் குறைகிறது. வேதிப்பரப்புக் கவர்ச்சியில் (chemisorption) வேதிப் பிணைப்புகள் உருவாகின்றன. இது தேர்ந்தெடுப்புத் தன்மை கொண்டது, பொதுவாக மீளாதது, சுமார் 40–400 kJ mol-1 என்ற அதிக என்தால்பி கொண்டது, கிளர்வு ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. பரப்புக் கவர்பொருளின் பரப்பளவு அதிகரித்தாலும், வாயு எளிதில் திரவமானாலும் பரப்புக் கவர்ச்சி அதிகரிக்கிறது. மாறா வெப்பநிலையில், ஒரு கிராமுக்குக் கவரப்பட்ட அளவு x/m-ஐ அழுத்தத்துடன் ஃபிரண்ட்லிச் சமவெப்பக் கோடு இணைக்கிறது: x/m = kP1/n. எனவே log(x/m) - log P வரைபடம் ஒரு நேர்கோடு.
வினைவேக மாற்றம்
வினைவேக மாற்றி (catalyst) ஒரு வினையின் வேகத்தை மாற்றுகிறது. வினை முடிவில் அது மாறாமல் திரும்பக் கிடைக்கிறது. ஒருபடித்தான வினைவேக மாற்றத்தில் வினைவேக மாற்றியும் வினைபடு பொருள்களும் ஒரே நிலைமையில் இருக்கின்றன. எ.கா. காரீய அறை முறையில் NO. பலபடித்தான வினைவேக மாற்றத்தில் அவை வெவ்வேறு நிலைமைகளில் இருக்கின்றன. எ.கா. அம்மோனியா தயாரிக்கும் ஹேபர் முறையில் இரும்பு. ஒருபடித்தான வினைவேக மாற்றத்தை இடைநிலைச் சேர்மம் உருவாதல் கொள்கை விளக்குகிறது. பலபடித்தான வினைவேக மாற்றத்தைப் பரப்புக் கவர்ச்சிக் கொள்கை விளக்குகிறது: வினைபடு பொருள்கள் செயல்படு மையங்களில் கவரப்பட்டு, அங்கே வினைபுரிகின்றன. பின் விளைபொருள்கள் பரப்பை விட்டு விலகுகின்றன. இன்வர்டேஸ், சைமேஸ் போன்ற நொதிகள் உயிரியல் வினைவேக மாற்றிகள். அவை மிகுந்த தேர்ந்தெடுப்புத் தன்மை கொண்டவை. உடல் வெப்பநிலைக்கு அருகிலும் ஒரு குறிப்பிட்ட pH-லும் சிறப்பாகச் செயல்படுகின்றன. அவற்றின் செயல்பாட்டைப் பூட்டு-சாவி மாதிரி விளக்குகிறது.
கூழ்மங்களும் அவற்றின் வகைப்பாடும்
கூழ்மம் ஒரு பலபடித்தான அமைப்பு. அதில் சுமார் 1–1000 nm அளவுள்ள துகள்கள் (பிரிகை நிலைமை) ஒரு பிரிகை ஊடகத்தில் பரவியுள்ளன. இரண்டு நிலைமைகளின் இயற்பியல் நிலையைக் கொண்டு கூழ்மங்கள் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன (புகை - வாயுவில் திண்மம், பால் - திரவத்தில் திரவம், ஜெல் - திண்மத்தில் திரவம்). பிரிகை நிலைமை ஊடகத்துடன் எப்படி இடைவினை புரிகிறது என்பதைக் கொண்டும் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. ஸ்டார்ச், ஜெலட்டின் போன்ற கரைப்பான் விரும்பும் சால்கள் (lyophilic) எளிதில் உருவாகின்றன, நிலையானவை. தங்கம், ஆர்சீனியஸ் சல்பைடு போன்ற கரைப்பான் வெறுக்கும் சால்களுக்கு (lyophobic) சிறப்பு முறைகள் தேவை. அவை எளிதில் வீழ்படிவாகின்றன. தயாரிப்பு முறைகள்: பிரிகை முறைக்கு பிரெடிக் மின்வில் முறை, கூழ்மமாக்கல் (peptisation); திரள்தல் முறைக்கு ஆக்சிஜனேற்றம், ஒடுக்கம், நீராற்பகுப்பு. சால்கள் கூழ்மப்பிரிப்பு (dialysis), மின் கூழ்மப்பிரிப்பு, நுண்வடிகட்டுதல் மூலம் தூய்மையாக்கப்படுகின்றன.
கூழ்மங்களின் பண்புகள்
கூழ்மத் துகள்கள் ஒளியைச் சிதறடிக்கின்றன. அதனால் ஒளிக்கற்றையின் பாதை கண்ணுக்குத் தெரிகிறது. இதுவே டிண்டால் விளைவு. அல்ட்ரா நுண்ணோக்கியில் பார்த்தால் அவை இடைவிடாமல் கோணல்மாணலான பாதையில் நகர்கின்றன. இது பிரௌனியன் இயக்கம். ஊடக மூலக்கூறுகள் சமமின்றி மோதுவதால் இது நிகழ்கிறது. துகள்கள் மின்னூட்டம் கொண்டவை: Fe(OH)3 சாலுக்கு நேர் மின்னூட்டம், As2S3 சாலுக்கு எதிர் மின்னூட்டம். மின்முனைக் கவர்ச்சியில் (electrophoresis) துகள்கள் எதிர் மின்னூட்டம் கொண்ட மின்முனையை நோக்கி நகர்கின்றன. மின் சவ்வூடு பரவலில் (electro-osmosis) துகள்களுக்குப் பதிலாக ஊடகம் நகர்கிறது. ஒரு மின்பகுளியைச் சேர்த்தால் மின்னூட்டம் நடுநிலையாகி, கரைப்பான் வெறுக்கும் சால் வீழ்படிவாகிறது. ஹார்டி-ஷூல்ஸ் விதிப்படி, எதிர் மின்னூட்ட அயனியின் மின்னூட்டம் அதிகமாக இருந்தால் வீழ்படிவாக்கும் திறனும் அதிகம். எனவே As2S3 சாலை Na+-ஐ விட Al3+ மிக நன்றாக வீழ்படிவாக்குகிறது.
பால்மங்களும் பயன்களும்
ஒரு திரவம், அதனுடன் கலவாத மற்றொரு திரவத்தில் பரவியுள்ள கூழ்மமே பால்மம் (emulsion). பால் - நீரில் எண்ணெய். வெண்ணெய், கோல்ட் கிரீம் - எண்ணெயில் நீர். சோப்பு அல்லது புரதம் போன்ற பால்மமாக்கி துளிகளைச் சுற்றி ஒரு படலம் அமைத்து பால்மத்தை நிலைப்படுத்துகிறது. சோப்பின் தூய்மையாக்கும் செயல், தோல் பதனிடுதல், படிகாரத்தால் நீரைத் தூய்மையாக்குதல், காட்ரல் வீழ்படிவாக்கியில் புகைத் துகள்களை நீக்குதல் ஆகியவற்றைப் புறப்பரப்பு வேதியியல் விளக்குகிறது. காட்ரல் வீழ்படிவாக்கியில் மின்னூட்டம் பெற்ற கார்பன் துகள்கள் மின்முனைகளால் கவரப்படுகின்றன.
தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்
- பரப்புக் கவர்ச்சியையும் உட்கவர்தலையும் குழப்புதல். சிலிக்கா ஜெல் நீரைத் தன் பரப்பில் கவர்கிறது; நீரற்ற CaCl2 நீரை முழுவதும் உட்கவர்கிறது.
- வேதிப்பரப்புக் கவர்ச்சியை மீளக்கூடியது என்று சொல்லுதல். வேதிப் பிணைப்புகள் உருவாவதால் அது பொதுவாக மீளாதது. இயற்பரப்புக் கவர்ச்சிதான் மீளக்கூடியது.
- எல்லா வினைவேக மாற்றங்களையும் ஒன்றாகக் கருதுதல். ஒருபடித்தான வினைவேக மாற்றம் இடைநிலைச் சேர்மம் உருவாதலால் விளக்கப்படுகிறது; பலபடித்தான வினைவேக மாற்றம் பரப்புக் கவர்ச்சியால் விளக்கப்படுகிறது.
- மின்னூட்டத்தை நீக்கினால் எந்தச் சாலும் வீழ்படிவாகும் என்று நினைத்தல். கரைப்பான் வெறுக்கும் சால்களுக்கு இது சரி. ஆனால் கரைப்பான் விரும்பும் சால்களைக் கரைப்பான் படலமும் நிலைப்படுத்துகிறது. எனவே அவற்றுக்கு அதிக அளவு மின்பகுளி தேவை, அல்லது அந்தப் படலத்தை நீக்க வேண்டும்.
இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.
அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்
வெப்பநிலை இயற்பரப்புக் கவர்ச்சியையும் வேதிப்பரப்புக் கவர்ச்சியையும் எப்படிப் பாதிக்கிறது?
இயற்பரப்புக் கவர்ச்சி வெப்ப உமிழ் வினை; வலிமை குறைந்த விசைகளைச் சார்ந்தது. எனவே வெப்பநிலை உயர உயர அது சீராகக் குறைகிறது. வேதிப்பரப்புக் கவர்ச்சிக்குக் கிளர்வு ஆற்றல் தேவை. எனவே தொடக்கத்தில் வெப்பநிலையுடன் அது அதிகரிக்கிறது. பரப்புக் கவர்ச்சி மொத்தத்தில் வெப்ப உமிழ் செயல் என்பதால், இன்னும் அதிக வெப்பநிலையில் அதுவும் குறைகிறது.
சாலுக்கும் பால்மத்துக்கும் என்ன வேறுபாடு?
சாலில் திண்மத் துகள்கள் ஒரு திரவத்தில் பரவியுள்ளன. எ.கா. தங்கச் சால், நீரில் ஸ்டார்ச். பால்மத்தில் ஒரு திரவம், அதனுடன் கலவாத மற்றொரு திரவத்தில் பரவியுள்ளது. எ.கா. பாலில் நீரில் உள்ள எண்ணெய்த் துளிகள். பால்மங்கள் நிலையாக இருக்கப் பொதுவாக ஒரு பால்மமாக்கி தேவை.
உண்மைக் கரைசல்களில் டிண்டால் விளைவு ஏன் தெரிவதில்லை?
உண்மைக் கரைசலில் உள்ள துகள்கள் சுமார் 1 nm-ஐ விடச் சிறியவை. கண்ணுக்குத் தெரியும் ஒளியைக் குறிப்பிடும்படி சிதறடிக்க அவை மிகச் சிறியவை. எனவே ஒளிக்கற்றை தெரியாமல் கடந்து செல்கிறது. கூழ்மத் துகள்கள் சுமார் 1–1000 nm அளவுள்ளவை. ஒளியைப் பக்கவாட்டில் சிதறடித்துக் கற்றையின் பாதையைக் காட்டும் அளவுக்கு அவை பெரியவை.
பிரௌனியன் இயக்கம் கூழ்மத்தை நிலையாக வைக்க எப்படி உதவுகிறது?
பிரிகை ஊடக மூலக்கூறுகள் ஒவ்வொரு கூழ்மத் துகளையும் வெவ்வேறு பக்கங்களிலிருந்து சமமின்றி மோதுகின்றன. எனவே துகள் கோணல்மாணலான பாதையில் தொடர்ந்து நகர்கிறது. இந்தத் தொடர் கலக்குதல் புவியீர்ப்பின் இழுப்பை எதிர்க்கிறது. அதனால் துகள்கள் அடியில் படிவதில்லை.
வினைவேக மாற்றி வினையின் வேகத்தை எப்படி அதிகரிக்கிறது?
அது குறைந்த கிளர்வு ஆற்றல் கொண்ட வேறொரு வினைப் பாதையைத் தருகிறது. அதே வெப்பநிலையில், குறைந்த தடையைக் கடக்கத் தேவையான ஆற்றல் அதிக மூலக்கூறுகளுக்கு இப்போது இருக்கிறது. எனவே வினை வேகமாக நடக்கிறது. வினைவேக மாற்றி சமநிலை நிலையை மாற்றுவதில்லை.
எண்ணெய்ப் பசை படிந்த துணியைச் சோப்பு எப்படிச் சுத்தம் செய்கிறது?
சோப்பு மூலக்கூறுக்கு எண்ணெய்ப் பசையில் கரையும் நீண்ட ஹைட்ரோகார்பன் வால் உண்டு. நீரில் இருக்கும் முனைவுள்ள கார்பாக்சிலேட் தலையும் உண்டு. நீரில் சோப்பு மூலக்கூறுகள் எண்ணெய்த் துளியைச் சுற்றி, வால்களை உள்நோக்கி வைத்துச் சேர்ந்து மிசெல் (micelle) உருவாக்குகின்றன. மிசெல்கள் நீரில் மிதந்தபடி இருந்து, அழுக்குடன் சேர்ந்து அலசி நீக்கப்படுகின்றன.
கடைசியாகப் புதுப்பிக்கப்பட்டது 17 செப்டெம்பர் 2026