परीक्षण: गैसों का व्यवहार - Police SI Exams MCQ

पदार्थ की पाँच मुख्य अवस्थाओं में, गैस इनमें से एक नहीं है। गैसों का अध्ययन विशेष रूप से रोचक होता है क्योंकि उनके व्यवहार का वर्णन विभिन्न गैस कानूनों द्वारा किया जाता है, जो तापमान, दबाव, मात्रा और अन्य गुणों के बीच के संबंधों का विवरण देते हैं। प्लाज्मा, बोस-आइनस्टाइन संकुचित पदार्थ, ठोस, और तरल पदार्थ की अन्य चार मुख्य अवस्थाएँ हैं।

बॉयल का नियम, साथ ही अन्य गैस नियम जैसे चार्ल्स का नियम और गे-लुसैक का नियम, तापमान, दबाव, आयतन, और गैसों के अन्य गुणों के बीच संबंधों का विवरण देते हैं। बॉयल का नियम विशेष रूप से उस उल्टे संबंध का वर्णन करता है जो गैस के दबाव और आयतन के बीच होता है जब तापमान स्थिर रखा जाता है।

बॉयल का नियम गैस के दबाव और आयतन के बीच के संबंध की व्याख्या करता है जब तापमान स्थिर रहता है। यह बताता है कि गैस का दबाव उसके आयतन के व्युत्क्रमी अनुपात में होता है—दबाव में वृद्धि आयतन में कमी की ओर ले जाती है, और इसके विपरीत।

बोस-आइनस्टीन संघनन एक पदार्थ की स्थिति है जो अत्यधिक कम तापमान पर, लगभग शून्य के निकट, उत्पन्न होती है। यह एक अद्वितीय पदार्थ के चरण द्वारा विशेषता प्राप्त करता है जहाँ एक समूह के बोसॉन एक ही क्वांटम स्थिति को ग्रहण करते हैं, और एकल क्वांटम इकाई की तरह व्यवहार करते हैं। यह स्थिति ठोस, तरल और गैसों की विशेषताओं से भिन्न होती है।

चार्ल्स का नियम यह बताता है कि जब दबाव स्थिर रखा जाता है, तो गैस का आयतन उसके तापमान के सीधे अनुपात में होता है, अर्थात् जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, गैस का आयतन भी बढ़ता है, और इसके विपरीत।

बॉयल के नियम के अनुसार, जब एक निश्चित तापमान पर किसी कंटेनर में गैस का आयतन बढ़ाया जाता है, तो गैस का दबाव घटता है। इसका कारण यह है कि जब तापमान स्थिर रहता है, तो गैस का आयतन और दबाव परस्पर अनुपाती होते हैं।

चार्ल्स का कानून यह बताता है कि निश्चित दबाव पर, गैस का आयतन उसके पूर्ण तापमान के सीधे अनुपात में होता है। इसका मतलब है कि जैसे-जैसे गैस का तापमान बढ़ता है, उसका आयतन भी समानुपाती रूप से बढ़ता है, यह मानते हुए कि दबाव स्थिर रहता है।

गै-लुसैक का नियम बताता है कि स्थिर मात्रा पर, किसी गैस का दबाव उसके निरपेक्ष तापमान के प्रत्यक्ष अनुपाती होता है। इसलिए, यदि किसी गैस का निरपेक्ष तापमान बढ़ता है जबकि मात्रा स्थिर रहती है, तो गैस का दबाव भी बढ़ेगा।

एवोगाद्रो का कानून यह बताता है कि समान तापमान और दबाव की स्थितियों में, विभिन्न गैसों की समान मात्राएँ समान संख्या में अणु होती हैं। यह कानून गैस के आयतन और उसमें उपस्थित अणुओं की संख्या के बीच के संबंध को समझने में महत्वपूर्ण है।

STP पर, किसी भी गैस का एक मोल 22.4 लीटर वॉल्यूम घेरता है और इसमें लगभग 6.022 x 10^23 अणु होते हैं। इस मान को अवोगाद्रो का संख्या कहा जाता है और यह गैस में वॉल्यूम और अणुओं की संख्या के बीच संबंध को समझने में महत्वपूर्ण है।

परिपूर्ण गैस के लिए स्थिति का समीकरण PV = nRT है, जहाँ P दबाव के लिए, V आयतन के लिए, T पूर्ण तापमान के लिए, R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक के लिए, और n गैस के मोलों की संख्या के लिए दर्शाता है। यह समीकरण विभिन्न परिस्थितियों में आदर्श गैसों के व्यवहार को समझने में मूलभूत है।

वास्तविक गैसें आदर्श गैसों से अलग व्यवहार करती हैं क्योंकि वास्तविक गैस के अणु एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। यह अंतःअणु आकर्षण वास्तविक गैसों को आदर्श व्यवहार से भटकाता है, विशेष रूप से उच्च दबाव और निम्न तापमान पर। इस आकर्षण को समझना वास्तविक दुनिया में आदर्श गैस कानूनों से भटकाव को समझाने में महत्वपूर्ण है।

वैन डेर वाल्स गैस समीकरण में, 'a' और 'b' वैन डेर वाल्स के स्थिरांक का प्रतिनिधित्व करते हैं। ये स्थिरांक प्रत्येक गैस के लिए अद्वितीय होते हैं और गैस अणुओं के बीच आकर्षक बलों के लिए सुधार करने के लिए उपयोग किए जाते हैं (जो 'a' द्वारा दर्शाए जाते हैं) और गैस अणुओं द्वारा आवासित आयतन (जो 'b' द्वारा दर्शाए जाते हैं) के लिए। समीकरण में इन सुधारों को शामिल करने से वास्तविक गैसों के आदर्श व्यवहार से विचलन को ध्यान में रखा जाता है।

निष्क्रिय गैसें आदर्श गैसों के समान व्यवहार करती हैं जब उन्हें उच्च तापमान और बहुत कम दबाव पर रखा जाता है। ये स्थितियाँ निष्क्रिय गैसों को आदर्श गैस कानूनों की भविष्यवाणियों के साथ निकटता से मेल खाने वाला व्यवहार प्रदर्शित करने की अनुमति देती हैं। इन स्थितियों को समझना विभिन्न प्रयोगात्मक सेटअप में गैसों के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए आवश्यक है।

वास्तविक गैसों के लिए समीकरणों में समायोजन की आवश्यकता होती है क्योंकि वास्तविक गैस के अणु अंतःआणविक आकर्षण प्रदर्शित करते हैं और स्थान घेरते हैं। ये कारक वास्तविक गैसों को आदर्श गैसों से अलग करते हैं, जिससे ऐसे भिन्नताएँ होती हैं जो समीकरणों में संशोधन की आवश्यकता को जन्म देती हैं ताकि गैसों के व्यवहार को गैर-आदर्श परिस्थितियों में सटीक रूप से वर्णित किया जा सके। इन समायोजनों को समझना वास्तविक परिदृश्यों में गैस के कानूनों को प्रभावी ढंग से लागू करने के लिए महत्वपूर्ण है।