Characteristics and Measurable properties of gases Questions in Hindi

(B) द्रवों और गैसों में बहने की क्षमता होती है क्योंकि उनके अणु निश्चित स्थानों पर स्थिर नहीं होते हैं और एक-दूसरे के ऊपर स्वतंत्र रूप से गति कर सकते हैं। बहने के इस विशिष्ट गुण के कारण,उन्हें सामूहिक रूप से 'फ्लुइड' (तरल पदार्थ) कहा जाता है।

(N/A) डाल्टन का आंशिक दाब का नियम बताता है कि अक्रियाशील गैसों के मिश्रण के लिए,मिश्रण द्वारा लगाया गया कुल दाब व्यक्तिगत गैसों के आंशिक दाबों के योग के बराबर होता है।
गणितीय रूप से,इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है: $P_{total} = p_1 + p_2 + p_3 + \dots + p_n$ (स्थिर तापमान और आयतन पर),
जहाँ $P_{total}$ मिश्रण का कुल दाब है और $p_1, p_2, \dots, p_n$ व्यक्तिगत गैसों के आंशिक दाब हैं।

(A) सल्फर डाइऑक्साइड $(SO_2)$ का क्वथनांक $263 \ K$ है।

(C) पदार्थ की अवस्था मुख्य रूप से अंतर-आणविक बलों और कणों की तापीय ऊर्जा के बीच संतुलन द्वारा निर्धारित होती है।
$Temperature$ (तापमान),$Pressure$ (दाब),$Volume$ (आयतन),और $Mass$ (द्रव्यमान) जैसे कारक पदार्थ की भौतिक अवस्था,यानी $Solid$ (ठोस),$Liquid$ (द्रव),या $Gas$ (गैस) को निर्धारित करते हैं।

(B) जब किसी गैस को पानी के ऊपर एकत्र किया जाता है,तो वह जल वाष्प से संतृप्त हो जाती है,जिसका अपना आंशिक दबाव होता है जिसे जलीय तनाव कहा जाता है।
देखा गया कुल दबाव $(P_{\text{moist gas}})$ शुष्क गैस के आंशिक दबाव और जलीय तनाव का योग है:
$P_{\text{moist gas}} = P_{\text{dry gas}} + P_{\text{aqueous tension}}$
शुष्क गैस का दबाव प्राप्त करने के लिए,हम समीकरण को पुनर्व्यवस्थित करते हैं:
$P_{\text{dry gas}} = P_{\text{moist gas}} - P_{\text{aqueous tension}}$
इसलिए,लागू किया गया सुधार कुल दबाव से जलीय तनाव को घटाना है।

(N/A) पृष्ठ तनाव के आधार पर समझाई जा सकने वाली दो घटनाएं निम्नलिखित हैं:
$(i)$ केशनली में द्रव का ऊपर चढ़ना या नीचे गिरना (केशिका क्रिया)।
$(ii)$ द्रव की छोटी बूंदों का गोलाकार आकार।

(N/A) जैसे-जैसे द्रव का तापमान बढ़ता है,अणुओं की गतिज ऊर्जा भी बढ़ती है,जो अंतराआण्विक बलों को दूर करने में मदद करती है। परिणामस्वरूप,द्रव अधिक आसानी से बहता है,जिससे द्रव की श्यानता में कमी आती है।

(N/A) जब कोई द्रव एक स्थिर सतह पर बहता है,तो सतह के संपर्क में रहने वाली अणुओं की परत स्थिर होती है।
जैसे-जैसे स्थिर सतह से परतों की दूरी बढ़ती है,ऊपरी परतों का वेग बढ़ता जाता है।
इस प्रकार का प्रवाह,जिसमें एक परत से दूसरी परत में जाने पर वेग में एक नियमित क्रमिक परिवर्तन होता है,उसे लेमिनर फ्लो (स्तरीय प्रवाह) कहा जाता है।
लेमिनर फ्लो में,अणुओं का वेग सभी परतों में समान नहीं होता है क्योंकि प्रत्येक परत अपने ठीक नीचे वाली परत को कुछ प्रतिरोध या घर्षण प्रदान करती है,जिसके परिणामस्वरूप वेग प्रवणता (velocity gradient) उत्पन्न होती है।

(A) पदार्थ की तीन मुख्य अवस्थाएँ हैं:
$(i)$ ठोस
$(ii)$ द्रव
$(iii)$ गैस
इसके अतिरिक्त,प्लाज्मा और $BEC$ (Bose-Einstein Condensate) जैसी अन्य अवस्थाएँ भी होती हैं।

(A) कणों की गतिज ऊर्जा पदार्थ की अवस्था पर निर्भर करती है।
ठोस में,कण बहुत मजबूती से बंधे होते हैं और उनकी गति न्यूनतम होती है,जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा सबसे कम होती है।
द्रव में,कणों को ठोस की तुलना में गति करने की अधिक स्वतंत्रता होती है।
गैस में,कण उच्च गति पर यादृच्छिक रूप से गति करते हैं,जिससे ऊर्जा सबसे अधिक होती है।
अतः,ऊर्जा का बढ़ता क्रम $Solid < Liquid < Gas$ है।

(A) ऊष्मीय ऊर्जा कणों की गति से सीधे संबंधित होती है।
ठोस में,कण अपने स्थान पर स्थिर होते हैं और उनकी ऊष्मीय ऊर्जा सबसे कम होती है।
द्रव में,कणों के पास ठोस की तुलना में अधिक गतिशीलता होती है।
गैस में,कण उच्च गति पर यादृच्छिक रूप से गति करते हैं,जिससे उनकी ऊष्मीय ऊर्जा सबसे अधिक होती है।
अतः,ऊष्मीय ऊर्जा का बढ़ता क्रम है: $Solid < Liquid < Gas$.

(B) अंतर-आणविक बलों की शक्ति कणों की निकटता से संबंधित होती है।
गैसों में,कण एक-दूसरे से बहुत दूर होते हैं,इसलिए अंतर-आणविक बल सबसे कमजोर होते हैं।
द्रवों में,कण गैसों की तुलना में करीब होते हैं,इसलिए बल अधिक मजबूत होते हैं।
ठोसों में,कण कसकर पैक होते हैं,जिसके परिणामस्वरूप सबसे मजबूत अंतर-आणविक बल होते हैं।
इसलिए,अंतर-आणविक बलों का बढ़ता क्रम है: $Gas < Liquid < Solid$.

(D) गैस के मापने योग्य गुण निम्नलिखित हैं:
$(i)$ द्रव्यमान
$(ii)$ आयतन
$(iii)$ तापमान
$(iv)$ दबाव
अतः,गैस के लिए ये सभी गुण मापने योग्य हैं।

(N/A)

गुण	$SI$ इकाई
$(i)$ द्रव्यमान	किलोग्राम $(kg)$
$(ii)$ आयतन	घन मीटर $(m^3)$
$(iii)$ तापमान	केल्विन $(K)$
$(iv)$ दबाव	पास्कल $(Pa)$ या $(N \cdot m^{-2})$

नोट: $1 \, m^3 = 10^3 \, dm^3 = 1000 \, L = 10^6 \, cm^3$ और $1 \, atm = 101325 \, Pa$.

(A) गैस के दबाव की विभिन्न इकाइयाँ निम्नलिखित हैं:
$(i)$ $SI$ इकाई: पास्कल $(Pa)$
$(ii)$ बार $(bar)$
$(iii)$ वायुमंडल $(atm)$
$(iv)$ टोर $(torr)$

$(i) \ 1 \, atm = 101.325 \, kPa = 101325 \, Pa = 101325 \, N \, m^{-2}$
$(ii) \ 1 \, bar = 10^5 \, Pa = 10^2 \, kPa = 10^5 \, N \, m^{-2}$
$(iii) \ 1 \, atm = 1.01325 \, bar$
$(iv) \ 1 \, atm = 76 \, cm \, Hg = 760 \, mm \, Hg = 760 \, torr$
$(v) \ 1 \, torr = 1 \, mm \, Hg$
नोट: $1 \, bar$,$1 \, atm$ के लगभग बराबर है,लेकिन वे समान नहीं हैं।

(A) कणों की गतिज ऊर्जा पदार्थ की अवस्था पर निर्भर करती है।
ठोस में,कण मजबूती से बंधे होते हैं और उनकी गतिज ऊर्जा सबसे कम होती है।
द्रव में,कणों को ठोस की तुलना में गति करने की अधिक स्वतंत्रता होती है।
गैसों में,कण उच्च गति पर यादृच्छिक रूप से गति करते हैं,जिससे उनकी गतिज ऊर्जा सबसे अधिक होती है।
अतः,गतिज ऊर्जा का क्रम है: $Solid < Liquid < Gas$.

(B) सही उत्तर $Liquid$ (द्रव) है।
द्रवों का आयतन निश्चित होता है क्योंकि उनके बीच के अंतर-आणविक बल अणुओं को एक साथ रखने के लिए पर्याप्त मजबूत होते हैं,लेकिन उनका कोई निश्चित आकार नहीं होता क्योंकि अणु एक-दूसरे पर फिसल सकते हैं,जिससे द्रव पात्र का आकार ले लेता है।

(A) $1 \, bar = 10^{5} \, Pa$.
यह मान समुद्र तल पर वायुमंडलीय दबाव को दर्शाता है।

(A) चूंकि ये तीनों शहर समुद्र तल पर स्थित हैं,इसलिए $0\,^oC$ $(273.15\,K)$ तापमान पर वायुमंडलीय दबाव को मानक दबाव माना जाता है।
अतः,दबाव $1\,bar$ या $10^{5}\,Pa$ होगा।

(N/A) $STP$ (Standard Temperature and Pressure) को $273.15 \ K$ तापमान और $1 \ bar$ दबाव के रूप में परिभाषित किया गया है। $STP$ पर एक आदर्श गैस का मोलर आयतन $22.71 \ L \ mol^{-1}$ होता है।
$SATP$ (Standard Ambient Temperature and Pressure) को $298.15 \ K$ तापमान और $1 \ bar$ दबाव के रूप में परिभाषित किया गया है। $SATP$ पर एक आदर्श गैस का मोलर आयतन $24.79 \ L \ mol^{-1}$ होता है।

(A) निरपेक्ष तापमान पैमाना,जिसे केल्विन पैमाना भी कहा जाता है,को इस प्रकार परिभाषित किया गया है कि $0 \ K$,$-273.15^{\circ}C$ के बराबर होता है।
यह पैमाना सेल्सियस पैमाने से इस समीकरण द्वारा संबंधित है: $T(K) = t(^{\circ}C) + 273.15$.

(N/A) डाल्टन के आंशिक दाब के नियम के अनुसार,अक्रियाशील गैसों के मिश्रण द्वारा लगाया गया कुल दाब व्यक्तिगत गैसों के आंशिक दाब के योग के बराबर होता है।
इसका गणितीय निरूपण है:
$p_{total} = p_1 + p_2 + p_3 + \ldots + p_n$ $(i)$
चूंकि $p_i = \frac{n_i RT}{V}$,इसलिए इस समीकरण को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
$p_{total} = (n_1 + n_2 + \ldots + n_n) \frac{RT}{V}$ (ii)

(A) जब किसी गैस को पानी पर एकत्रित किया जाता है,तो वह नम हो जाती है और उसमें जलवाष्प शामिल हो जाती है। प्रेक्षित कुल दबाव शुष्क गैस के आंशिक दबाव और पानी के वाष्प दबाव (जलीय तनाव) का योग होता है।
डाल्टन के आंशिक दबाव के नियम के अनुसार: $P_{\text{total}} = P_{\text{dry gas}} + P_{\text{water vapor}}$.
इसलिए,शुष्क गैस का दबाव इस प्रकार गणना की जाती है: $P_{\text{dry gas}} = P_{\text{total}} - P_{\text{water vapor}}$.

(N/A) $(i) \text{ आंशिक दाब } = p_{1} = \frac{n_{1} RT}{V} \dots (i)$
$(ii) \text{ आंशिक दाब } = p_{1} = x_{1} p_{\text{total}} \dots (ii)$
$(iii) \text{ आंशिक दाब } = p_{1} = \text{गैस का आयतन प्रतिशत} \times \frac{p_{\text{total}}}{100}$

(A) डाल्टन के आंशिक दाब के नियम के अनुसार,गैसों के मिश्रण का कुल दाब $(P_{total})$ उनके आंशिक दाबों के योग के बराबर होता है।
$P_{total} = P_{CO_2} + P_{CH_4}$
दिया गया है:
$P_{total} = 8.3 \times 10^4 \, Pa$
$P_{CO_2} = 2.8 \times 10^4 \, Pa$
मान रखने पर:
$8.3 \times 10^4 \, Pa = 2.8 \times 10^4 \, Pa + P_{CH_4}$
$P_{CH_4} = (8.3 - 2.8) \times 10^4 \, Pa$
$P_{CH_4} = 5.5 \times 10^4 \, Pa$

(C) गुब्बारे द्वारा विस्थापित हवा के द्रव्यमान और गुब्बारे के कुल द्रव्यमान के अंतर को पेलोड (Payload) कहा जाता है।

(B) गैसें अत्यधिक संपीड्य होती हैं क्योंकि गैस के अणुओं के बीच बहुत अधिक अंतर-आणविक स्थान होता है। जब दबाव डाला जाता है,तो ये अणु एक-दूसरे के करीब आ जाते हैं,जिससे आयतन में काफी कमी आती है।

(A) $STP$ पर,गैस के अणुओं के बीच आकर्षण बल नगण्य होने के कारण,गैसें फैलकर पात्र के पूरे उपलब्ध स्थान को घेर लेती हैं। इसलिए,गैस पात्र का आयतन प्राप्त करती है।

(N/A) $(i)$ गैसें अत्यधिक संपीड्य (compressible) होती हैं।
$(ii)$ गैसें आसानी से मिश्रित हो जाती हैं और उपलब्ध स्थान में फैल जाती हैं।
$(iii)$ गैसों का कोई निश्चित आकार या आयतन नहीं होता है।
$(iv)$ गैस के अणुओं के बीच अंतर-आणविक आकर्षण नगण्य होता है।

(B) ग्राहम के विसरण के नियम के अनुसार,विसरण की दर $(r)$ मोलर द्रव्यमान $(M)$ के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होती है: $r \propto \frac{1}{\sqrt{M}}$.
$NH_3$ के लिए,$M = 17 \ g/mol$.
$H_2S$ के लिए,$M = 34 \ g/mol$.
चूंकि $NH_3$ का मोलर द्रव्यमान $H_2S$ से कम है,इसलिए यह तेजी से विसरित होती है और पहले पहचानी जाएगी।

(A) शुष्क वायु का घनत्व आर्द्र वायु की तुलना में अधिक होता है।
इसका कारण यह है कि शुष्क वायु में $N_2$ $(28 \ g/mol)$,$O_2$ $(32 \ g/mol)$ और $CO_2$ $(44 \ g/mol)$ होते हैं,जिनका मोलर द्रव्यमान अधिक होता है।
आर्द्र वायु में,इनमें से कुछ अणुओं को जलवाष्प $(H_2O)$ द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है,जिसका मोलर द्रव्यमान $18 \ g/mol$ कम होता है।
एवोगैड्रो के नियम के अनुसार,स्थिर तापमान और दबाव पर,गैस का घनत्व उसके मोलर द्रव्यमान के सीधे आनुपातिक होता है। इसलिए,भारी हवा के अणुओं को हल्के जलवाष्प के अणुओं से बदलने पर हवा का कुल घनत्व कम हो जाता है।

(B, C) डाल्टन का आंशिक दाब का नियम केवल उन गैस मिश्रणों पर लागू होता है जो आपस में अभिक्रिया नहीं करते हैं।
$(i)$ $CO_2 + O_2 + N_2$ और $(iv)$ $HCl + O_2$ गैर-अभिक्रियाशील मिश्रण हैं,इसलिए नियम लागू होता है।
$(ii)$ $CO + O_2$ और $(iii)$ $NH_3 + HCl$ अभिक्रियाशील मिश्रण हैं,इसलिए नियम लागू नहीं होता है।
रासायनिक अभिक्रियाएँ:
$(ii)$ $2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$
$(iii)$ $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$

(A) अधिकांश तरल पदार्थों के लिए,दबाव बढ़ने पर श्यानता बढ़ती है क्योंकि अणु एक-दूसरे के करीब आ जाते हैं,जिससे अंतर-आणविक बल बढ़ जाते हैं।
अपवाद: पानी $(H_2O)$ के लिए,$32 \ ^\circ C$ से कम तापमान पर दबाव बढ़ने से श्यानता घटती है।

(B) द्रव में अणु निश्चित स्थानों पर बंधे नहीं होते हैं और एक-दूसरे के ऊपर स्वतंत्र रूप से गति कर सकते हैं। यह गुण द्रव को प्रवाहित होने,उड़ेलने और जिस पात्र में रखा जाता है उसका आकार लेने की अनुमति देता है।

(D) द्रवों के महत्वपूर्ण भौतिक गुण निम्नलिखित हैं:
$(i)$ वाष्प दाब
$(ii)$ पृष्ठ तनाव
$(iii)$ श्यानता

(N/A) जब किसी निश्चित तापमान पर एक निर्वातित बंद पात्र में द्रव को आंशिक रूप से भरा जाता है,तो कुछ समय बाद द्रव अवस्था और वाष्प अवस्था के बीच एक साम्यावस्था स्थापित हो जाती है। इस साम्यावस्था पर वाष्प के दाब को 'साम्य वाष्प दाब' या 'संतृप्त वाष्प दाब' कहा जाता है।

(C) किसी द्रव का वाष्प दाब मुख्य रूप से दो कारकों पर निर्भर करता है:
$(i)$ तापमान: जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है,अणुओं की गतिज ऊर्जा बढ़ती है,जिससे वाष्प दाब अधिक हो जाता है।
$(ii)$ द्रव की प्रकृति: जिन द्रवों में अंतर-आणविक बल कमजोर होते हैं,उनका वाष्प दाब दिए गए तापमान पर अधिक होता है।

(N/A) वह तापमान जिस पर किसी द्रव का वाष्प दाब बाहरी वायुमंडलीय दाब के बराबर हो जाता है,उसे उस द्रव का क्वथनांक कहते हैं।
सामान्य क्वथनांक: $1 \ atm$ दाब पर क्वथनांक को सामान्य क्वथनांक कहा जाता है।
मानक क्वथनांक: $1 \ bar$ दाब पर क्वथनांक को द्रव का मानक क्वथनांक कहा जाता है।

(N/A) पहाड़ पर क्वथनांक कम होता है। इसका कारण यह है कि समुद्र तट की तुलना में अधिक ऊंचाई पर वायुमंडलीय दबाव कम होता है।

(A) अस्पतालों में शल्य चिकित्सा उपकरणों को ऑटोक्लेव में स्टरलाइज़ किया जाता है क्योंकि यह वायुमंडलीय दबाव से अधिक दबाव पर काम करता है।
यह बढ़ा हुआ दबाव पानी के क्वथनांक को बढ़ा देता है,जिससे भाप $100 \ ^\circ C$ से अधिक तापमान तक पहुँच सकती है।
यह उच्च तापमान वाली भाप बैक्टीरिया और सूक्ष्मजीवों को प्रभावी ढंग से मार देती है,जिससे पूर्ण स्टरलाइजेशन सुनिश्चित होता है।

(B) परिभाषा: पृष्ठ तनाव को द्रव की सतह पर खींची गई रेखा की प्रति इकाई लंबाई पर कार्य करने वाले लंबवत बल के रूप में परिभाषित किया जाता है।
गणितीय व्यंजक: $\gamma = \frac{F}{l}$
आयाम: बल $F$ का आयाम $[MLT^{-2}]$ है और लंबाई $l$ का आयाम $[L]$ है। अतः,पृष्ठ तनाव का आयाम $[MLT^{-2}] / [L] = [MT^{-2}]$ है।
$SI$ मात्रक: चूंकि बल $N$ में और लंबाई $m$ में मापी जाती है,इसलिए $SI$ मात्रक $N m^{-1}$ (या $kg \ s^{-2}$) है।

(B) द्रव की ऊर्जा तब न्यूनतम होती है जब उसका पृष्ठीय क्षेत्रफल न्यूनतम हो। दिए गए आयतन के लिए,गोले का पृष्ठीय क्षेत्रफल सबसे कम होता है। इसलिए,बाहरी बलों की अनुपस्थिति में,द्रव की बूंदें अपनी पृष्ठीय ऊर्जा को कम करने के लिए $Spherical$ (गोलाकार) आकार ले लेती हैं।

(C) पृष्ठ तनाव का परिमाण अणुओं के बीच आकर्षण बलों की शक्ति पर निर्भर करता है।
मजबूत अंतर-आणविक बल उच्च पृष्ठ तनाव का कारण बनते हैं।
तापमान बढ़ने के साथ पृष्ठ तनाव कम हो जाता है क्योंकि बढ़ी हुई गतिज ऊर्जा प्रभावी अंतर-आणविक आकर्षण को कम कर देती है।

(B) जब द्रव की परतें एक-दूसरे के ऊपर से बहती हैं,तो उनके बीच उत्पन्न होने वाले आंतरिक घर्षण के प्रतिरोध के माप को श्यानता कहा जाता है।

(C) द्रव में परतों के प्रवाह को बनाए रखने के लिए आवश्यक बल $F$ निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करता है:
$(i)$ परतों का संपर्क क्षेत्रफल $(A)$।
$(ii)$ वेग प्रवणता $\left(\frac{dv}{dz}\right)$।
न्यूटन के श्यानता के नियम के अनुसार,$F \propto A$ और $F \propto \frac{dv}{dz}$।
अतः,$F = \eta A \left(\frac{dv}{dz}\right)$,जहाँ $\eta$ श्यानता गुणांक है।

(N/A) द्रव की परतों के प्रवाह को बनाए रखने के लिए आवश्यक बल $F$ का सूत्र इस प्रकार है:
$F = \eta A \frac{dv}{dz}$
जहाँ $\eta = \frac{F}{A(dv/dz)}$ है।
यहाँ,$\eta$ समानुपातिकता स्थिरांक है जिसे श्यानता गुणांक कहा जाता है।
यदि संपर्क क्षेत्रफल $A = 1$ इकाई हो और वेग प्रवणता $\frac{dv}{dz} = 1$ हो,तो $\eta = F$ होता है।
अतः,श्यानता गुणांक $(\eta)$ वह बल है जो इकाई क्षेत्रफल और इकाई वेग प्रवणता के लिए आवश्यक होता है।
इसका $SI$ मात्रक $N \cdot s \cdot m^{-2}$ या $Pa \cdot s$ (पास्कल-सेकंड) है।
$kg \cdot m^{-1} \cdot s^{-1}$ में,$1 \ kg \cdot m^{-1} \cdot s^{-1} = 1 \ Pa \cdot s$ होता है।
$CGS$ मात्रक $Poise$ $(P)$ है।
$1 \ P = 1 \ g \cdot cm^{-1} \cdot s^{-1} = 0.1 \ kg \cdot m^{-1} \cdot s^{-1}$।

(N/A) $(1)$ अंतर-आणविक बल
$(2)$ वान डर वाल्स बल
$(3)$ परिक्षेपण बल
$(4)$ $V = k_2T$

(N/A) $(1)$ परम शून्य
$(2)$ आंशिक दाब
$(3)$ जलीय तनाव
$(4)$ तापमान

(N/A) $(1)$ रॉबर्ट बॉयल
$(2)$ $\frac{1}{r^3}$
$(3)$ $\frac{1}{r^6}$
$(4)$ $10$ से $100$