गलनांक और दबाव: 5 तथ्य जो आपको जानना चाहिए

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ऐसे कई प्रश्न हैं जैसे दबाव गलनांक से कैसे संबंधित है? यह गलनांक को क्यों प्रभावित करता है? हम इन सबका जवाब देने जा रहे हैं।

वह विशिष्ट तापमान जिस पर कोई ठोस द्रव में बदल जाता है, उसका गलनांक कहलाता है। चूँकि द्रव अवस्था में घनत्व की तुलना में ठोस अवस्था में पदार्थ का घनत्व अधिक होता है, इसलिए अधिकांश मामलों में यह देखा गया है कि तापमान बढ़ने पर गलनांक बढ़ जाता है।

लेकिन पानी इसका अपवाद दिखाता है। पानी के मामले में जब दबाव बढ़ जाता है गलनांक बर्फ कम हो जाती है। किसी ठोस को द्रवित करने के लिए उसे ऊष्मा की आपूर्ति की जानी चाहिए। इस गर्मी को संलयन की गर्मी कहा जाता है। एक ठोस का गलनांक दर्शाता है कि गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन शून्य है।

लेकिन एन्थैल्पी (∆H) में परिवर्तन और एन्ट्रापी (∆S) में परिवर्तन के मान बढ़ रहे हैं (∆G=0,∆H>0,∆S>0)। एक ठोस के पिघलने की शर्त यह है कि ठोस अवस्था में उसकी गिब्स मुक्त ऊर्जा तरल अवस्था में गिब्स मुक्त ऊर्जा से अधिक होनी चाहिए। थर्मोडायनामिक रूप से,

∆S= ∆H/T जहां T गलनांक के तापमान को दर्शाता है

गलनांक और दबाव संबंध

गलनांक और दबाव के बीच एक सामान्य संबंध है, अर्थात अधिकांश सामग्रियों के मामले में गलनांक सीधे दबाव के समानुपाती होता है। इसके पीछे एक बहुत ही सामान्य कारण यह है कि जब किसी ठोस पदार्थ पर दबाव डाला जाता है तो वह प्रकृति में अधिक सघन और सघन हो जाता है।

इसलिए इसे पिघलाने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसका मतलब है कि उस ठोस के पिघलने के लिए जिम्मेदार तापमान को भी बढ़ाने की जरूरत है। यानी उस पदार्थ का गलनांक भी बढ़ जाता है।

क्या दबाव के साथ गलनांक बदलता है और कैसे?

एक LeChatelier का सिद्धांत है जो दबाव से संबंधित है जो पदार्थ की बाहरी भौतिक स्थिति है। इसमें कहा गया है कि जब किसी पदार्थ की बाहरी भौतिक अवस्था में परिवर्तन होता है, तो उसमें व्यवस्था के संतुलन को समाप्त करने की प्रवृत्ति होगी।

तब सिस्टम होने वाले परिवर्तनों के अभ्यस्त होने का प्रयास करता है। जब कोई ठोस पदार्थ गर्म होता है तो उसके अणु एक दूसरे से दूर चले जाते हैं।

जैसे-जैसे अणुओं के बीच अंतर-आणविक स्थान बढ़ता है, आकर्षण के अंतर-आणविक बल में कमी के कारण, ठोस तरल अवस्था में बदल जाता है। बर्फ के मामले में, यह गर्म होने पर पानी में पिघल जाता है।

इसलिए लेचेटेलियर का सिद्धांत हमें यह समझने में मदद कर सकता है कि बर्फ पर दबाव का प्रभाव गलनांक को कैसे संशोधित कर सकता है। बर्फ पर दबाव बढ़ने पर निचले बिंदु पर बर्फ के पानी की व्यवस्था द्वारा संतुलन हासिल कर लिया जाएगा। हम सभी जानते हैं कि बर्फ का आयतन बर्फ के आयतन से कम होता है। इसलिए बर्फ पानी की तुलना में कम जगह घेरती है।

दबाव और बर्फ के गलनांक के बीच एक विपरीत संबंध होता है जो सभी को पता है। अतः जब बर्फ पर दाब बढ़ता है तो उसका आयतन अधिक घटता है। अतः बर्फ का गलनांक भी कम हो जाता है। इसका मतलब है कि बर्फ के पानी की व्यवस्था के मामले में गलनांक दबाव के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

दाब गलनांक को क्यों प्रभावित करता है?

एक चरण आरेख की सहायता से हम किसी ठोस के गलनांक को प्रभावित करने वाले दबाव के कारण का वर्णन कर सकते हैं। यह आरेख हमें तापमान और दबाव दोनों पर संक्रमण की निर्भरता दिखाने में मदद करेगा।

गलनांक और दबाव
से पानी का चरण आरेख विकिपीडिया

आरेख में गैसीय प्रावस्था निचले भाग में रहती है जहाँ दाब कम रहता है। ठोस चरण आरेख के बाएं भाग में रहता है जहां तापमान कम होता है और तरल ठोस और गैसीय चरण के बीच रहता है।

तीन बिंदु उस बिंदु को संदर्भित करता है जिस पर ठोस, तरल और गैसीय चरण संतुलन पर रहते हैं। इस बिंदु पर द्रव प्रावस्था स्थिर रहती है। आरेख में अधिकांश ठोसों के गलनांक को ठोस हरी रेखा द्वारा दर्शाया गया है।

दाब पर गलनांक की निर्भरता दाब पर क्वथनांक की निर्भरता से बहुत कम होती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि ठोस से तरल संक्रमण में आयतन परिवर्तन बहुत नगण्य होता है।

जब दबाव अधिक हो जाता है, तो गलनांक भी बढ़ जाता है क्योंकि अधिकांश तरल पदार्थों का घनत्व ठोस से कम होता है।

उपरोक्त में बिंदीदार हरी रेखा चरण आरेख गलनांक को इंगित करता है पानी डा। पानी का मामला अपवाद है क्योंकि पानी बर्फ से ज्यादा घना होता है। दबाव में वृद्धि से बर्फ के गलनांक में कमी आती है।

वाष्प दाब और गलनांक संबंध

एक ठोस का गलनांक और उसका वाष्प दाब उनके बीच सकारात्मक संबंध बनाए रखता है। इसका अर्थ है कि जब वाष्प दाब बढ़ता है तो ठोस का गलनांक भी बढ़ता है।

वायुमंडलीय दबाव और गलनांक के बीच संबंध

वायुमंडलीय दबाव और गलनांक के बीच संबंध सकारात्मक है। इसका अर्थ है कि किसी ठोस पर दाब बढ़ने से उस ठोस के गलनांक में वृद्धि होती है। हम सभी जानते हैं कि जब कोई ठोस द्रव में परिवर्तित होता है तो उसका आयतन अधिक हो जाता है।

द्रव अवस्था में अणुओं के बीच अंतर-आणविक आकर्षण बल कम हो जाता है इसलिए अणुओं के बीच अंतर-आणविक स्थान बढ़ जाता है। यह बदले में वॉल्यूम बढ़ाता है।

इसलिए यदि किसी ठोस पर दबाव डाला जाता है तो उसके लिए तरल अवस्था में बदलना कठिन हो जाता है क्योंकि दबाव ठोस की संरचना को अधिक कॉम्पैक्ट और अधिक घना बना देता है। इसलिए अंतर-आणविक आकर्षण बल को दूर करना और द्रवित होना कठिन हो जाता है।

यही कारण है कि गलनांक बढ़ जाता है जब दबाव बढ़ जाता है।

बर्फ के दबाव और गलनांक के बीच संबंध

बर्फ की जल प्रणाली दबाव और गलनांक संबंध के अपवाद को दर्शाती है। इस प्रणाली के मामले में गलनांक और दबाव के बीच का ढलान नकारात्मक होता है क्योंकि जब बर्फ पर दबाव डाला जाता है तो उसका गलनांक कम हो जाता है।

निष्कर्ष

इस लेख में आम गलनांक के बीच संबंध और दबाव और उसके अपवाद दोनों को सरल और समझने योग्य शब्दों में वर्णित किया गया है।

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