Adsorption and Adsorption isotherm Questions in Gujarati

(A) ચારકોલ દ્વારા ખાંડના દ્રાવણમાંથી રંગીન દ્રવ્ય દૂર કરવાની પ્રક્રિયા એ $Adsorption$ (અધિશોષણ) નું ઉદાહરણ છે.
આ પ્રક્રિયામાં,રંગીન અણુઓ ઘન પદાર્થના જથ્થામાં શોષાયાને બદલે ચારકોલના કણોની સપાટી પર જમા થાય છે.
તેથી,તે $Adsorption$ તરીકે ઓળખાતી સપાટીની ઘટના છે.

(A) એક્ટિવેટેડ ચારકોલ અધિશોષક તરીકે કાર્ય કરે છે. જ્યારે તેને એસિટિક એસિડના દ્રાવણમાં ઉમેરવામાં આવે છે,ત્યારે એસિટિક એસિડના અણુઓ ચારકોલની સપાટી પર અધિશોષિત થાય છે. આ પ્રક્રિયા દ્રાવણમાં રહેલા એસિટિક એસિડનું પ્રમાણ ઘટાડે છે,જેનાથી દ્રાવણની સાંદ્રતા ઘટે છે.

(B) પ્રક્રિયાની સ્વયંભૂતા ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા સમીકરણ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે: $\Delta G = \Delta H - T \Delta S$.
પ્રક્રિયા સ્વયંભૂ હોવા માટે,$\Delta G$ ઋણ હોવું જોઈએ.
ઘન સપાટી પર વાયુના અધિશોષણ દરમિયાન,વાયુના અણુઓ મર્યાદિત બને છે,જેનાથી અસ્તવ્યસ્તતામાં ઘટાડો થાય છે,તેથી $\Delta S < 0$ (ઋણ).
આને સમીકરણમાં મૂકતા: $\Delta G = \Delta H - T(\text{ઋણ}) = \Delta H + T \Delta S$.
$\Delta G$ ને ઋણ બનાવવા માટે,$\Delta H$ એ $T \Delta S$ ના ધન પદને દૂર કરવા માટે પૂરતું ઋણ હોવું જોઈએ.
તેથી,$\Delta H$ અત્યંત ઋણ હોવું જોઈએ.

(A) વિઘટન પ્રક્રિયા $PH_3 \xrightarrow{W} P + \frac{3}{2} H_2$ છે.
લેંગમ્યુર અધિશોષણ સમતાપી મુજબ,સપાટીના કવરેજનો અંશ $\theta$ એ $\theta = \frac{kP}{1 + kP}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
ઓછા દબાણે,$kP \ll 1$,તેથી $\theta \approx kP$.
કારણ કે પ્રક્રિયાનો દર સપાટીના કવરેજના પ્રમાણમાં છે $(\text{Rate} \propto \theta)$,ઓછા દબાણે,દર $PH_3$ ના આંશિક દબાણના પ્રમાણમાં બને છે $(\text{Rate} \propto P_{PH_3})$,જે પ્રથમ ક્રમની પ્રક્રિયા સૂચવે છે.

(D) અધિશોષણ એ સ્વયંભૂ પ્રક્રિયા છે જે ઉર્જાના મુક્ત થવા અને પદાર્થની એન્ટ્રોપીમાં ઘટાડા સાથે થાય છે.
સ્વયંભૂ પ્રક્રિયા માટે,ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જાનો ફેરફાર,$\Delta G$,ઋણ હોવો જોઈએ.
સંબંધ $\Delta G = \Delta H - T \Delta S$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
પ્રક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક હોવાથી,એન્થાલ્પી ફેરફાર,$\Delta H$,ઋણ હોય છે.
જેમ અણુઓ સપાટી પર અધિશોષિત થાય છે,તેમ તેમની અવ્યવસ્થિતતા ઘટે છે,એટલે કે એન્ટ્રોપી ફેરફાર,$\Delta S$,પણ ઋણ હોય છે.

(A) ફ્રુન્ડલિચ એડસોર્પ્શન આઇસોથર્મમાં,સમીકરણ $\frac{x}{m} = k p^{1/n}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
અહીં,$n$ નું મૂલ્ય હંમેશા $1$ કરતા વધારે હોય છે,એટલે કે $n > 1$.
તેથી,ઘાતાંક $1/n$ નું મૂલ્ય હંમેશા $0$ અને $1$ ની વચ્ચે રહે છે.

(D) $x/m = p \times T$ એ અધિશોષણ પ્રક્રિયા માટે ખોટો સંબંધ છે.
અધિશોષણ સામાન્ય રીતે ફ્રુન્ડલિચ અથવા લેંગમ્યુર આઈસોથર્મ દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે,જ્યાં અધિશોષણનું પ્રમાણ $(x/m)$ એ અચળ તાપમાને $(T)$ દબાણ $(p)$ નું વિધેય છે,અથવા અચળ દબાણે $(p)$ તાપમાન $(T)$ નું વિધેય છે.
અચળ $x/m$ પર $p = f(T)$ નો સંબંધ આઈસોસ્ટર્સ (isosteres) દર્શાવે છે.
$x/m = p \times T$ સમીકરણ કોઈ પણ પ્રમાણિત અધિશોષણ આઈસોથર્મ અથવા થર્મોડાયનેમિક સંબંધ દર્શાવતું નથી.

(A) લેંગમ્યુર અધિશોષણ સમતાપીની મુખ્ય ધારણાઓ નીચે મુજબ છે:
$(i)$ ઘન પદાર્થની સપાટી સમાંગ (homogeneous) છે,એટલે કે બધા અધિશોષણ સ્થાનો કણોને અધિશોષિત કરવાની તેમની ક્ષમતામાં સમાન છે.
$(ii)$ અધિશોષણ એક આણ્વીય સ્તર (monolayer) બનાવવા સુધી મર્યાદિત છે.
$(iii)$ અધિશોષિત અણુઓ વચ્ચે કોઈ પાર્શ્વ આંતરક્રિયાઓ થતી નથી.
$(iv)$ અધિશોષણની ઉષ્મા અચળ રહે છે અને સપાટીના કવરેજથી સ્વતંત્ર છે.

(D) ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપી મુજબ,સંબંધ $x/m = K p^{1/n}$ છે.
બંને બાજુ લઘુગણક લેતા,$\log(x/m) = \log K + \frac{1}{n} \log p$ મળે છે.
આને સીધી રેખાના સમીકરણ $y = mx + c$ સાથે સરખાવતા,જ્યાં $y = \log(x/m)$,$x = \log p$,ઢાળ $m = 1/n$ અને અંતઃખંડ $c = \log K$ છે.
તેથી,આલેખનો ઢાળ $1/n$ છે.

(A) લેંગમ્યુરના અધિશોષણના મોડેલ મુજબ,અધિશોષણનો દર વાયુના દબાણ $(p)$ અને સપાટી પરના ખાલી સ્થાનોની સંખ્યાના સમપ્રમાણમાં હોય છે.
સપાટીના આપેલ ક્ષેત્રફળ પર અથડાતા વાયુનું દળ વાયુના દબાણ $(p)$ ના સીધા સમપ્રમાણમાં હોય છે કારણ કે સપાટી સાથે અણુઓની અથડામણની આવૃત્તિ દબાણ સાથે રેખીય રીતે વધે છે.
તેથી,સાચું વિધાન એ છે કે સપાટીના આપેલ ક્ષેત્રફળ પર અથડાતા વાયુનું દળ વાયુના દબાણના સમપ્રમાણમાં હોય છે.

(C) ભૌતિક અધિશોષણ એ ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા છે કારણ કે અધિશોષિત અને અધિશોષક વચ્ચે નિર્બળ વાન્ડર વાલ્સ બળો બનવાથી ઊર્જા મુક્ત થાય છે.
તેથી,અધિશોષણની એન્થાલ્પી $(\Delta H_{adsorption})$ હંમેશા ઋણ હોય છે,જે સામાન્ય રીતે $-20 \text{ થી } -40 \text{ kJ/mol}$ ની વચ્ચે હોય છે.
વિકલ્પ $C$ જણાવે છે કે એન્થાલ્પી ધન છે,જે ખોટું છે.

(D) ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપી ગાણિતિક રીતે $x/m = kP^{1/n}$ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે,જ્યાં $n > 1$ છે.
ઓછા દબાણે,$1/n \approx 1$,તેથી $x/m \propto p^1$.
વધારે દબાણે,$1/n \approx 0$,તેથી $x/m \propto p^0$.
મધ્યમ દબાણે,$x/m \propto p^{1/n}$.
તેથી,દબાણના વિવિધ ગાળા માટે આપેલા તમામ સંબંધો સાચા છે.

(C) $50 \, mL$ ના $0.06 \, N$ દ્રાવણમાં એસિટિક એસિડનો પ્રારંભિક જથ્થો:
$w_1 = \frac{0.06 \times 60 \times 50}{1000} = 0.18 \, g = 180 \, mg$.
અધિશોષણ પછી ગળાયેલા દ્રાવણમાં એસિટિક એસિડનો અંતિમ જથ્થો:
$w_2 = \frac{0.042 \times 60 \times 50}{1000} = 0.126 \, g = 126 \, mg$.
$3 \, g$ ચારકોલ દ્વારા અધિશોષિત થયેલ એસિટિક એસિડનો જથ્થો:
$w_{ads} = 180 \, mg - 126 \, mg = 54 \, mg$.
પ્રતિ ગ્રામ ચારકોલ દીઠ અધિશોષિત થયેલ એસિટિક એસિડનો જથ્થો:
$\frac{54 \, mg}{3 \, g} = 18 \, mg/g$.

(A) ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપીનું સમીકરણ: $\frac{x}{m} = k p^{1/n}$ છે.
બંને બાજુ લઘુગણક લેતા,આપણને મળે છે: $\log\left(\frac{x}{m}\right) = \log k + \frac{1}{n} \log p$.
આને રેખીય સમીકરણ $y = mx + c$ સાથે સરખાવતા,જ્યાં $y = \log(x/m)$,$x = \log p$,ઢાળ $1/n$ છે અને આંતરછેદ $\log k$ છે.
તેથી,માત્ર $1/n$ ઢાળ તરીકે દેખાય છે.

(C) ભૌતિક અધિશોષણમાં નિર્બળ વાન્ડર વાલ્સ આકર્ષણ બળો હોય છે અને તેમાં ઉચ્ચ સક્રિયકરણ ઉર્જાની જરૂર પડતી નથી.
તેનાથી વિપરીત,રાસાયણિક અધિશોષણમાં પ્રબળ રાસાયણિક બંધો હોય છે અને સામાન્ય રીતે તેમાં ઉચ્ચ સક્રિયકરણ ઉર્જાની જરૂર પડે છે.
તેથી,ભૌતિક અધિશોષણ માટે ઉચ્ચ સક્રિયકરણ ઉર્જાની જરૂર હોય છે તે વિધાન ખોટું છે.

(A) $1$. ભૌતિક અધિશોષણ ઉષ્માક્ષેપક છે અને તાપમાન વધતા ઘટે છે. રાસાયણિક અધિશોષણ સક્રિયકરણ ઉર્જાને કારણે તાપમાન સાથે શરૂઆતમાં વધી શકે છે.
$2$. દબાણ વધવાથી ભૌતિક અને રાસાયણિક બંને અધિશોષણ વધે છે કારણ કે વધુ વાયુના અણુઓ સપાટી પર આવે છે.
$3$. ભૌતિક અધિશોષણ પ્રતિવર્તી છે અને બહુસ્તરીય છે,જ્યારે રાસાયણિક અધિશોષણ અપ્રતિવર્તી છે અને એકસ્તરીય છે.
$4$. તેથી,સાચું વિધાન એ છે કે દબાણ વધવાથી બંને વધે છે.

(A) ભૌતિક અધિશોષણના કિસ્સામાં અધિશોષણ મલ્ટિલેયર હોય છે કારણ કે તેમાં નિર્બળ વાન્ડર વાલ્સ આકર્ષણ બળો હોય છે.
તેની સામે,રાસાયણિક અધિશોષણ એ યુનિલેયર (એકસ્તરીય) હોય છે કારણ કે તેમાં અધિશોષિત અને અધિશોષક અણુઓ વચ્ચે મજબૂત રાસાયણિક બંધનું નિર્માણ થાય છે.

(D) ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપી મુજબ,$\frac{x}{m} = K P^{1/n}$.
બંને બાજુ લઘુગણક લેતા,$\log \left( \frac{x}{m} \right) = \log K + \frac{1}{n} \log P$ મળે છે.
$\log \left( \frac{x}{m} \right)$ વિરુદ્ધ $\log P$ નો આલેખ એક સીધી રેખા છે જેનો ઢાળ $= \frac{1}{n}$ અને આંતરછેદ $= \log K$ છે.
આપેલ છે કે રેખા $45^{\circ}$ ના ખૂણે નમેલી છે,તેથી ઢાળ $\frac{1}{n} = \tan 45^{\circ} = 1$ થાય.
આમ,$n = 1$.
$P = 0.5 \ atm$ અને $K = 10$ લેતા,સમીકરણમાં કિંમતો મૂકતા:
$\frac{x}{m} = 10 \times (0.5)^{1} = 5$.
તેથી,પ્રતિ ગ્રામ અધિશોષક દીઠ અધિશોષિત દ્રાવ્યનું પ્રમાણ $5 \ g$ છે.

(A) ગેસ માસ્કમાં સક્રિય ચારકોલ હોય છે,જે અત્યંત અસરકારક અધિશોષક તરીકે કાર્ય કરે છે.
વાતાવરણમાંથી ઝેરી વાયુઓ સક્રિય ચારકોલની સપાટી પર અધિશોષિત થાય છે,જેનાથી હવા શુદ્ધ થાય છે.
આ પ્રક્રિયા અધિશોષણના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે.

(D) ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપી સમીકરણ $\frac{x}{m} = K(P)^{1/n}$ છે.
બંને બાજુ લઘુગણક લેતા,$\log(\frac{x}{m}) = \log K + \frac{1}{n} \log P$ મળે છે.
આને સીધી રેખાના સમીકરણ $y = mx + c$ સાથે સરખાવતા,ઢાળ $\frac{1}{n}$ મળે છે.
આપેલ છે કે રેખા $45^{\circ}$ ના ખૂણે નમેલી છે,તેથી ઢાળ $\tan 45^{\circ} = 1$ થાય.
તેથી,$\frac{1}{n} = 1$,જેનો અર્થ છે કે $n = 1$.
કિંમતો $K = 10$,$P = 0.5 \ atm$,અને $n = 1$ ને સમીકરણમાં મૂકતા:
$\frac{x}{m} = 10 \times (0.5)^{1} = 5$.
અહીં $m = 1 \ g$ હોવાથી,અધિશોષિત દ્રાવ્યનું પ્રમાણ $x = 5 \ g$ થશે.

(C) કેમિસોર્પ્શન (રાસાયણિક અધિશોષણ) માં અધિશોષિત અને અધિશોષક વચ્ચે મજબૂત રાસાયણિક બંધોની રચના થાય છે.
$1$. તે પ્રકૃતિમાં અત્યંત વિશિષ્ટ છે.
$2$. તે સામાન્ય રીતે અપરિવર્તનીય છે.
$3$. અધિશોષણની એન્થાલ્પી $(\Delta H)$ ઊંચી હોય છે,જે સામાન્ય રીતે $80-240 \, kJ/mol$ ની રેન્જમાં હોય છે,$540 \, kJ/mol$ નહીં.
$4$. ફિઝીસોર્પ્શનની જેમ,તે અધિશોષકની સપાટીનું ક્ષેત્રફળ વધવાથી વધે છે.
તેથી,વિધાન કે $\Delta H$ એ $540 \, kJ/mol$ ના ક્રમનું હોય છે તે ખોટું છે.

(D) ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપી સમીકરણ $\frac{x}{m} = k C^{1/n}$ છે.
બંને બાજુ લઘુગણક લેતા: $\log (\frac{x}{m}) = \log k + \frac{1}{n} \log C$.
આ $y = mx + c$ સ્વરૂપનું રેખીય સમીકરણ છે,જ્યાં $y = \log (\frac{x}{m})$,$x = \log C$,ઢાળ $m = \frac{1}{n}$,અને આંતરછેદ $c = \log k$ છે.
આપેલ આલેખ $\log C$ અક્ષને સમાંતર એક આડી રેખા છે,જેનો અર્થ છે કે રેખાનો ઢાળ શૂન્ય છે.
તેથી,$\frac{1}{n} = 0$.

(C) ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપી મુજબ,$\log (\frac{x}{m}) = \log K + \frac{1}{n} \log P$.
આપેલ આલેખ પરથી,ઢાળ $\tan(45^{\circ}) = 1$ છે,તેથી $\frac{1}{n} = 1$.
y-અક્ષ પરનો આંતરછેદ $\log K = 0.3$ છે. $\log 2 \approx 0.301$ હોવાથી,$K = 2$ મળે.
આ કિંમતોને ફ્રુન્ડલિચ સમીકરણમાં મૂકતા: $\frac{x}{m} = K \cdot P^{1/n} = 2 \cdot P^1$.
અહીં $m = 50 \ gm$ અને $P = 2 \ atm$ આપેલ છે,તેથી $\frac{x}{50} = 2 \cdot 2 = 4$.
તેથી,$x = 50 \cdot 4 = 200 \ gm$.

(B) અધિશોષણ એ સ્વયંભૂ પ્રક્રિયા છે,તેથી $\Delta G < 0$ હોય છે.
આ એક ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા છે,તેથી એન્થાલ્પી ફેરફાર $\Delta H < 0$ હોય છે.
વાયુના અણુઓ ઘન સપાટી પર અધિશોષિત થાય છે,તેથી તેમની ગતિશીલતા ઘટે છે,જેના પરિણામે એન્ટ્રોપીમાં ઘટાડો થાય છે,એટલે કે $\Delta S_{\text{system}} < 0$ હોય છે.
સ્વયંભૂ પ્રક્રિયા માટે,કુલ એન્ટ્રોપી ફેરફાર $\Delta S_{\text{total}} = \Delta S_{\text{system}} + \Delta S_{\text{surrounding}} > 0$ હોવો જોઈએ.
$\Delta S_{\text{system}}$ ઋણ હોવાથી,પ્રક્રિયાને સ્વયંભૂ બનાવવા માટે $\Delta S_{\text{surrounding}}$ ધન હોવું જોઈએ અને તેનું મૂલ્ય $|\Delta S_{\text{system}}|$ કરતા વધારે હોવું જોઈએ. તેથી,$\Delta S_{\text{surrounding}} > 0$ એ સાચો પરિમાણ છે.

(A) ફીણ પ્લવન પદ્ધતિનો ઉપયોગ સલ્ફાઈડ અયસ્કના સંકેન્દ્રણ માટે થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં,અયસ્કના કણો તેલ (ફીણકારક) દ્વારા પસંદગીયુક્ત રીતે ભીંજાય છે,જ્યારે અશુદ્ધિઓ (ગેંગ) પાણી દ્વારા ભીંજાય છે.
આ પસંદગીયુક્ત ભીંજાવું એ અધિશોષણના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે,જ્યાં કલેક્ટરના અણુઓ (જેમ કે પાઈન ઓઈલ અથવા ઝેન્થેટ્સ) અયસ્કના કણોની સપાટી પર અધિશોષિત થાય છે,જે તેમને હાઈડ્રોફોબિક બનાવે છે અને તેમને હવાના પરપોટા સાથે જોડાઈને ફીણ તરીકે સપાટી પર આવવા દે છે.

(D) ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપી સમીકરણ મુજબ:
$\log \left( \frac{x}{m} \right) = \log k + \frac{1}{n} \log P$
આને સીધી રેખાના સમીકરણ $y = mx + c$ સાથે સરખાવતા,ઢાળ $\frac{1}{n}$ મળે છે.
આપેલ છે કે રેખા $45^o$ ના ખૂણે નમેલી છે,તેથી ઢાળ:
$\frac{1}{n} = \tan 45^o = 1$
$k = 10$ અને $P = 0.5 \ atm$ આપેલ હોવાથી,આ કિંમતોને અધિશોષણ સમતાપી સમીકરણમાં મૂકતા:
$\frac{x}{m} = k \times P^{1/n}$
$\frac{x}{m} = 10 \times (0.5)^1$
$\frac{x}{m} = 5$
અહીં આપણે પ્રતિ ગ્રામ અધિશોષક દીઠ અધિશોષિત દ્રાવ્યનું પ્રમાણ $(m = 1 \ g)$ શોધી રહ્યા છીએ,તેથી દ્રાવ્યનું પ્રમાણ $x = 5 \ g$ થશે.

(B) ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપી સમીકરણ $\log (x/m) = \log k + (1/n) \log P$ છે.
સીધી રેખાના સમીકરણ $y = mx + c$ સાથે સરખાવતા,ઢાળ $1/n = \tan 45^o = 1$ અને આંતરછેદ $\log k = 0.3010$ મળે છે.
$k$ ની ગણતરી કરતા,$k = \text{antilog}(0.3010) = 2$ મળે છે.
અધિશોષણ સમીકરણમાં કિંમતો મૂકતા: $(x/m) = k \cdot P^{1/n} = 2 \times (0.3)^1 = 0.6$.

(B) એ ખોટું વિધાન છે.
રાસાયણિક અધિશોષણ સામાન્ય રીતે તાપમાન વધારવાથી શરૂઆતમાં વધે છે કારણ કે તેને સક્રિયકરણ ઉર્જાની જરૂર હોય છે,અને તે દબાણ વધારવાથી પણ વધે છે.
ભૌતિક અધિશોષણ પ્રતિવર્તી છે,જ્યારે રાસાયણિક અધિશોષણ સામાન્ય રીતે અપ્રતિવર્તી હોય છે.
રાસાયણિક અધિશોષણ માટેની સક્રિયકરણ ઉર્જા ભૌતિક અધિશોષણ કરતા ઘણી વધારે હોય છે.

(D) અધિશોષણ એ સ્વયંભૂ પ્રક્રિયા છે,તેથી $\Delta G < 0$ છે.
તે ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા છે,તેથી $\Delta H < 0$ છે.
વાયુના અણુઓ ઘન સપાટી પર અધિશોષિત થાય છે,તેથી તેમની ગતિશીલતા ઘટે છે અને એન્ટ્રોપીમાં ઘટાડો થાય છે,તેથી $\Delta S < 0$ છે.
આમ,અધિશોષણ પ્રક્રિયા માટે આપેલી કોઈ પણ ઉષ્માગતિજ રાશિઓ $(\Delta H, \Delta S, \Delta G)$ ધન નથી.

(C) ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપી સમીકરણ $\frac{x}{m} = kP^{1/n}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
બંને બાજુ લઘુગણક (logarithm) લેતા,આપણને $\log(\frac{x}{m}) = \log k + \frac{1}{n} \log P$ મળે છે.
આ સમીકરણ $y = mx + c$ ના સ્વરૂપમાં છે,જ્યાં $y = \log(x/m)$,$x = \log P$,ઢાળ $m = 1/n$ અને આંતરછેદ $c = \log k$ છે.
તેથી,$\log(x/m)$ વિરુદ્ધ $\log P$ નો આલેખ દોરવાથી સીધી રેખા મળે છે.

(B) અધિશોષણ દરમિયાન $\Delta H$ નું ઋણ મૂલ્ય જેમ પ્રક્રિયા આગળ વધે તેમ ઘટતું જાય છે.
આનું કારણ એ છે કે સપાટી પર ઉપલબ્ધ સક્રિય અધિશોષણ સ્થાનોની સંખ્યા ઘટે છે,જેના પરિણામે સપાટી ભરાઈ જતાં મુક્ત થતી ઉષ્મા (ઉષ્માક્ષેપકતા) માં ઘટાડો થાય છે.

(A) કોલમ ક્રોમેટોગ્રાફીમાં,ઘટકોનું અલગીકરણ સ્ટેશનરી ફેઝ પર તેમના વિભેદક અધિશોષણ પર આધાર રાખે છે.
જે ઘટકો સૌથી વધુ સરળતાથી અધિશોષિત થાય છે તે કોલમના ઉપરના ભાગે જળવાઈ રહે છે.
જે ઘટકો ઓછા મજબૂત રીતે અધિશોષિત થાય છે તે કોલમમાં નીચે વિવિધ અંતરે આગળ વધે છે.

(B) ઘન સપાટી પર વાયુનું અધિશોષણ વાયુના પ્રવાહીકરણની સરળતા પર આધાર રાખે છે.
ઊંચું ક્રાંતિક તાપમાન $(T_c)$ ધરાવતા વાયુઓમાં આંતરઆણ્વીય આકર્ષણ બળો મજબૂત હોય છે,જેના કારણે તેમનું પ્રવાહીકરણ સરળતાથી થાય છે.
સરળતાથી પ્રવાહીમાં રૂપાંતરિત થઈ શકે તેવા વાયુઓ ઘન પદાર્થની સપાટી પર વધુ પ્રમાણમાં અધિશોષિત થાય છે.
તેથી,ઊંચું ક્રાંતિક તાપમાન $(T_c)$ ધરાવતો વાયુ વધુ પ્રમાણમાં અધિશોષિત થશે.

(D) તાપમાનમાં વધારો થવાથી ભૌતિક અધિશોષણ ઘટે છે કારણ કે તાપમાન વધવાથી અણુઓની ગતિજ ઉર્જા વધે છે અને પરિણામે તેમનું અપશોષણ (desorption) થાય છે.
ભૌતિક અધિશોષણ એ ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા હોવાથી,તે નીચા તાપમાને વધુ સરળતાથી થાય છે અને તાપમાન વધવાની સાથે ઘટે છે (Le-Chatelier નો સિદ્ધાંત).
જો અધિશોષણ એક સ્વયંભૂ ઘટના હોય,તો તે ઉષ્માક્ષેપક હોવી જોઈએ,ખાસ કરીને વાયુમય તબક્કામાંથી અધિશોષણ માટે.
વાયુ તબક્કામાં રહેલા અણુની એન્ટ્રોપી અધિશોષિત અવસ્થા કરતા વધારે હોય છે,તેથી $\Delta S$ ઋણ હોવો જોઈએ. $\Delta G$ ઋણ (સ્વયંભૂ) હોવા માટે માત્ર એક જ રસ્તો છે કે $\Delta H$ ઋણ (ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા) હોય.
તેથી,જો તાપમાન ઓછું હોય તો પ્રક્રિયા સ્વયંભૂ $(\Delta G < 0)$ હશે.

(C) ભૌતિક અધિશોષણ નબળા વાન્ડર વાલ્સ બળોને કારણે થાય છે,તેથી તેને ખૂબ જ ઓછી સક્રિયકરણ ઉર્જાની જરૂર પડે છે. તેનાથી વિપરીત,રાસાયણિક અધિશોષણમાં રાસાયણિક બંધોનું નિર્માણ થાય છે,જેના માટે નોંધપાત્ર સક્રિયકરણ ઉર્જાની જરૂર પડે છે. તેથી,એવું વિધાન કે ભૌતિક અધિશોષણ માટે સક્રિયકરણ ઉર્જા વધુ હોય છે અને રાસાયણિક અધિશોષણ માટે ઓછી હોય છે,તે ખોટું છે.

(B) ફ્રોથ ફ્લોટેશન પ્રક્રિયા અયસ્ક અને ગેંગના કણોની પાણી અને તેલ સાથેની ભીનાશ પડતી ગુણધર્મોમાં રહેલા તફાવત પર આધારિત છે. સલ્ફાઇડ અયસ્કના કણો તેલ દ્વારા પસંદગીયુક્ત રીતે ભીના થાય છે (હાઇડ્રોફોબિક),જ્યારે ગેંગના કણો પાણી દ્વારા ભીના થાય છે (હાઇડ્રોફિલિક). આ પસંદગીયુક્ત ભીનાશ એ સપાટી પર થતી ઘટના છે જેને અધિશોષણ (adsorption) કહેવામાં આવે છે.

(D) ભૌતિક અધિશોષણ એ અધિશોષિત અને અધિશોષક વચ્ચેના નિર્બળ $Vander \text{ } Waal's$ બળો દ્વારા લાક્ષણિકતા ધરાવે છે.
આ નિર્બળ બળોને કારણે,અધિશોષકના સપાટી પર અધિશોષિત અણુઓના અનેક સ્તરો જમા થઈ શકે છે,જે બહુ-આણ્વીય સ્તરોનું નિર્માણ કરે છે.
ચૂકવણી મુજબ,$Vander \text{ } Waal's$ અધિશોષણ એ ભૌતિક અધિશોષણનું બીજું નામ છે અને $Freundlich$ અધિશોષણ સમતાપી વક્ર ભૌતિક અધિશોષણના વર્તનને સમજાવે છે,તેથી આ તમામ શબ્દો સમાન ઘટનાનો સંદર્ભ આપે છે.
તેથી,સાચો જવાબ $All \text{ } of \text{ } these$ છે.

(D) ઘન પદાર્થ દ્વારા અધિશોષિત વાયુનું પ્રમાણ વાયુના સ્વભાવ પર આધાર રાખે છે.
જે વાયુઓ સરળતાથી પ્રવાહીમાં રૂપાંતરિત થઈ શકે છે અને જેમનું ક્રાંતિક તાપમાન ઊંચું હોય છે,તેમનું અધિશોષણ વધુ સરળતાથી થાય છે કારણ કે તેમાં વાન ડેર વાલ્સ બળો પ્રબળ હોય છે.
આ વાયુઓના ક્રાંતિક તાપમાનનો ક્રમ $NH_3 > CO_2 > CH_4 > H_2$ છે.
તેથી,$288 \ K$ તાપમાને $1 \ g$ ચારકોલ દ્વારા અધિશોષિત વાયુઓના કદનો ક્રમ $NH_3 > CO_2 > CH_4 > H_2$ છે.

(B) એસિટિક એસિડના શરૂઆતના મોલ: $(n_{CH_3COOH})_{\text{initial}} = 500 \ mL \times 0.5 \ M = 250 \ mmol = 0.25 \ mol$.
એસિટિક એસિડના અંતિમ મોલ: $(n_{CH_3COOH})_{\text{final}} = 500 \ mL \times 0.3 \ M = 150 \ mmol = 0.15 \ mol$.
ચારકોલ પર અધિશોષિત થયેલા મોલ: $\Delta n = 0.25 \ mol - 0.15 \ mol = 0.1 \ mol$.
અધિશોષિત થયેલા અણુઓની સંખ્યા: $N = \Delta n \times N_A = 0.1 \times 6 \times 10^{23} = 6 \times 10^{22} \text{ અણુઓ}$.

(D) કેમિસોર્પ્શનમાં અધિશોષિત અને અધિશોષક વચ્ચે રાસાયણિક બંધનું નિર્માણ થાય છે. આ પ્રક્રિયા માટે બંધ બનાવવા માટે સક્રિયકરણ ઊર્જાની જરૂર હોય છે.
શરૂઆતમાં,જેમ તાપમાન $T$ વધે છે,તેમ વધુ વાયુના અણુઓ સક્રિયકરણ ઊર્જા અવરોધને પાર કરવા માટે પૂરતી ઊર્જા મેળવે છે,જેના પરિણામે અધિશોષણનું પ્રમાણ $(x/m)$ વધે છે.
જો કે,ઊંચા તાપમાને,થર્મલ ઊર્જા બનેલા રાસાયણિક બંધોને તોડવા માટે પૂરતી હોય છે,જે ડિસોર્પ્શન (વિશોષણ) તરફ દોરી જાય છે.
તેથી,કેમિસોર્પ્શન માટેનો અધિશોષણ આઈસોબાર તાપમાન $T$ વધવાની સાથે $x/m$ માં શરૂઆતમાં વધારો અને ત્યારબાદ ઘટાડો દર્શાવે છે.
આ વિકલ્પ $D$ માં દર્શાવેલ આલેખને અનુરૂપ છે.

(B) અધિશોષણ આઈસોબાર એ અચળ દબાણે અધિશોષણની માત્રા $(x/m)$ વિરુદ્ધ તાપમાન $(T)$ નો આલેખ છે.
કેમિસોર્પ્શન માટે,આ પ્રક્રિયામાં રાસાયણિક બંધોનું નિર્માણ થાય છે,જેના માટે પ્રારંભિક સક્રિયકરણ ઉર્જાની જરૂર હોય છે.
તેથી,જેમ તાપમાન વધે છે,તેમ સક્રિયકરણ ઉર્જા અવરોધને પાર કરવાને કારણે અધિશોષણનો દર શરૂઆતમાં વધે છે.
જો કે,ઊંચા તાપમાને,રાસાયણિક બંધો તૂટવાને કારણે ડિસોર્પ્શન (અધિશોષણ મુક્તિ) પ્રક્રિયા પ્રભાવી બને છે,જેના કારણે અધિશોષણની માત્રામાં ઘટાડો થાય છે.
આમ,કેમિસોર્પ્શન માટે $x/m$ વિરુદ્ધ $T$ નો આલેખ શરૂઆતમાં વધારો અને ત્યારબાદ ઘટાડો દર્શાવે છે,જે વિકલ્પ $B$ માં આપેલા આલેખને અનુરૂપ છે.

(C) આલેખ $(I)$ ભૌતિક અધિશોષણ માટે તાપમાન સાથે અધિશોષિત વાયુના જથ્થામાં થતો ફેરફાર દર્શાવે છે. ભૌતિક અધિશોષણમાં,તાપમાન વધતા અધિશોષણ ઘટે છે કારણ કે તે ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા છે.
આલેખ $(II)$ રાસાયણિક અધિશોષણ માટેનો ફેરફાર દર્શાવે છે. રાસાયણિક અધિશોષણ શરૂઆતમાં સક્રિયકરણ ઊર્જાની જરૂરિયાતને કારણે તાપમાન સાથે વધે છે અને પછી ઊંચા તાપમાને ઘટે છે.
આલેખ $(III)$ ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપી દર્શાવે છે,જ્યાં અધિશોષિત વાયુનો જથ્થો દબાણ સાથે વધે છે. ભૌતિક અધિશોષણ માટે,તાપમાન વધતા અધિશોષણ ઘટે છે. સમાન દબાણે $T_1$ માટેનો વક્ર $T_2$ ના વક્રની નીચે હોવાથી,તેનો અર્થ એ છે કે $T_1 > T_2$.

(B) ઘન સપાટી પર વાયુના અધિશોષણનું પ્રમાણ વાયુના પ્રવાહીકરણની સરળતા પર આધાર રાખે છે.
જે વાયુઓ સરળતાથી પ્રવાહીમાં ફેરવાય છે,તેમનું અધિશોષણ વધુ થાય છે.
પ્રવાહીકરણની સરળતા વાયુના ક્રાંતિક તાપમાન $(T_c)$ સાથે સીધી રીતે સંબંધિત છે.
વાયુનું ક્રાંતિક તાપમાન જેટલું ઊંચું,તેટલા આંતરઆણ્વીય આકર્ષણ બળો વધુ,અને તેથી તે ઘન સપાટી પર વધુ સરળતાથી અધિશોષિત થાય છે.
તેથી,સૌથી વધુ ક્રાંતિક તાપમાન ધરાવતો વાયુ વધુ પ્રમાણમાં અધિશોષિત થશે.

(B) ફ્રુન્ડલિચ અધિશોષણ સમતાપી મુજબ,અધિશોષણનું પ્રમાણ $(x/m)$ $x/m = kP^{1/n}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
વધારે દબાણે,$1/n$ નું મૂલ્ય $0$ ની નજીક પહોંચે છે,જેનાથી $x/m$ અચળ બને છે.
તેથી,વધારે દબાણે ભૌતિક અધિશોષણનો દર દબાણથી સ્વતંત્ર બને છે.

(B) રાસાયણિક અધિશોષણ એ ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા છે,તેથી એન્થાલ્પી ફેરફાર $(\Delta H)$ ઋણ છે $(\Delta H < 0)$.
વાયુના અણુઓ ઘન સપાટી પર અધિશોષિત થાય છે,તેથી તેમની અવ્યવસ્થિતતા ઘટે છે,જેના પરિણામે એન્ટ્રોપીમાં ઘટાડો થાય છે $(\Delta S < 0)$.
સ્વયંભૂ પ્રક્રિયા માટે,ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જામાં ફેરફાર $(\Delta G)$ ઋણ હોવો જોઈએ $(\Delta G < 0)$.

(D) $As_2S_3$ સોલ એ ઋણ વીજભારિત સોલ છે.
આ ઋણ વીજભાર $As_2S_3$ કણોની સપાટી પર વિક્ષેપન માધ્યમમાંથી સામાન્ય આયનો,ખાસ કરીને $S^{2-}$ આયનોના પસંદગીયુક્ત અધિશોષણને કારણે ઉદ્ભવે છે.

(B) કોઈપણ સ્વયંભૂ અધિશોષણ પ્રક્રિયા માટે,ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જાનો ફેરફાર,$ \Delta G $,ઋણ હોવો જોઈએ $( \Delta G < 0 )$.
અધિશોષણ એ ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા છે,જેનો અર્થ છે કે ઉષ્મા મુક્ત થાય છે,તેથી એન્થાલ્પી ફેરફાર,$ \Delta H $,ઋણ હોય છે $( \Delta H < 0 )$.
અધિશોષણ દરમિયાન વાયુના અણુઓ સપાટી પર સ્થિર થાય છે,તેથી તંત્રની અસ્તવ્યસ્તતા (randomness) ઘટે છે,જેના પરિણામે એન્ટ્રોપી ફેરફાર,$ \Delta S $,ઋણ હોય છે $( \Delta S < 0 )$.

(B) શોષણ એ એક જથ્થાત્મક (bulk) ઘટના છે જેમાં પદાર્થ ઘન અથવા પ્રવાહીના સમગ્ર ભાગમાં સમાન રીતે વિતરિત થાય છે.
અધિશોષણ એ સપાટીની ઘટના છે જેમાં કણો જથ્થાને બદલે માત્ર ઘન અથવા પ્રવાહીની સપાટી પર જ એકઠા થાય છે.
તેથી,શોષણ એ જથ્થાત્મક ઘટના છે અને અધિશોષણ એ સપાટીની ઘટના છે.

(A) ભૌતિક અધિશોષણના કિસ્સામાં અધિશોષણ બહુસ્તરીય હોય છે,કારણ કે તેમાં નિર્બળ વાન્ડર વાલ્સ આકર્ષણ બળો હોય છે.
તેની સામે,રાસાયણિક અધિશોષણ એકસ્તરીય હોય છે કારણ કે તેમાં અધિશોષિત અને અધિશોષક અણુઓ વચ્ચે મજબૂત રાસાયણિક બંધ રચાય છે,જે અધિશોષણને એક સ્તર સુધી મર્યાદિત કરે છે.

(B) કેમિસોર્પ્શનમાં અધિશોષિત અને અધિશોષક વચ્ચે રાસાયણિક બંધનું નિર્માણ થાય છે.
$1$. તે પ્રકૃતિમાં અત્યંત વિશિષ્ટ છે.
$2$. તે સામાન્ય રીતે અપ્રતિવર્તી છે.
$3$. તે એક આણ્વીય પ્રક્રિયા છે,જેનો અર્થ છે કે તે એકસ્તરીય છે,બહુસ્તરીય નથી.
$4$. તે તાપમાન પર આધારિત છે; સામાન્ય રીતે,સક્રિયકરણ ઉર્જાની જરૂરિયાતને કારણે તાપમાનમાં વધારો થતાં તે શરૂઆતમાં વધે છે.
તેથી,'તાપમાનથી સ્વતંત્ર' વિધાન કેમિસોર્પ્શનને લાગુ પડતું નથી.