සාපේක්ෂ පරමාණුක ස්කන්ධය, මවුලය හා මවුලික ස්කන්ධය
¹²C පරිමාණය හා පරමාණුක ස්කන්ධ ඒකකය, සාපේක්ෂ පරමාණුක, අණුක හා සූත්‍ර ස්කන්ධ, සමස්ථානික හා සාමාන්‍ය පරමාණුක ස්කන්ධය, ඇවගාඩ්‍රෝ නියතය, මවුලය, මවුලික ස්කන්ධය හා වායුවල මවුලික පරිමාව.
රසායනඥයන් මවුලවලින් ගණන් කරන්නේ ඇයි?
පරමාණු එකින් එක ගණන් කිරීමට හෝ කිරා බැලීමට නොහැකි තරම් කුඩා ය: හයිඩ්‍රජන් පරමාණුවක ස්කන්ධය ආසන්න වශයෙන් $1.67 \times 10^{-24}\ \text{g}$ ක් පමණි. එහෙත් රසායනික සමීකරණ කතා කරන්නේ අංශු සංඛ්‍යා ගැන ය: $2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$ යනු ඔක්සිජන් අණුවකට හයිඩ්‍රජන් අණු දෙක බැගින් යන්න යි. සමීකරණය කියන අංශු සංඛ්‍යාව හා විද්‍යාගාරයේ දී අපට මැනිය හැකි ස්කන්ධය හෝ පරිමාව අතර පාලම මවුලය (Mole) යි.
සාපේක්ෂ පරමාණුක ස්කන්ධය (Relative Atomic Mass)
පරමාණුක ස්කන්ධ සසඳනු ලබන්නේ කාබන්-12 පරමාණුව නැමති සම්මතයක් සමඟ ය. $^{12}\text{C}$ පරමාණුවක ස්කන්ධයෙන් දොළොස්වන කොටස පරමාණුක ස්කන්ධ ඒකකය (Atomic Mass Unit) යි: $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-24}\ \text{g} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$. $$A_r = \frac{\text{මූලද්‍රව්‍යයේ එක් පරමාණුවක සාමාන්‍ය ස්කන්ධය}}{\tfrac{1}{12} \times \text{එක් } {}^{12}\text{C පරමාණුවක ස්කන්ධය}}$$ ස්කන්ධ දෙකක අනුපාතයක් බැවින් $A_r$ ට ඒකක නැත. එම අදහසින් ම අණුවක සාපේක්ෂ අණුක ස්කන්ධය (Relative Molecular Mass) $M_r$ (එහි පරමාණුවල $A_r$ අගයන් එකතු කරන්න) හා වෙනම අණු නොමැති $\text{NaCl}$ වැනි අයනික සංයෝගයක සාපේක්ෂ සූත්‍ර ස්කන්ධය (Relative Formula Mass) ලැබේ.
- $M_r(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2(1) + 32 + 4(16) = 98$
- $\text{CuSO}_4\cdot5\text{H}_2\text{O}$ හි සූත්‍ර ස්කන්ධය $= 63.5 + 32 + 64 + 5(18) = 249.5$
සමස්ථානික (Isotopes) හා සාමාන්‍ය පරමාණුක ස්කන්ධය. බොහෝ මූලද්‍රව්‍ය සමස්ථානිකවල මිශ්‍රණ වේ. එබැවින් $A_r$ යනු ස්කන්ධ වර්ණාවලිමානයකින් (Mass Spectrometer) මනින බහුලතාවලින් භාරිත සමස්ථානික ස්කන්ධවල සාමාන්‍යය යි.
උදාහරණය: බෝරෝන් 19.9% ක් $^{10}\text{B}$ හා 80.1% ක් $^{11}\text{B}$ වේ. $A_r = \dfrac{10 \times 19.9 + 11 \times 80.1}{100} = 10.8$.
උදාහරණය: තඹවල $A_r = 63.5$ වන අතර එය $^{63}\text{Cu}$ හා $^{65}\text{Cu}$ වලින් සමන්විත ය. $^{63}\text{Cu}$ ප්‍රතිශතය $x$ නම් $63x + 65(100 - x) = 6350$, එබැවින් $x = 75$. තඹ 75% ක් $^{63}\text{Cu}$ හා 25% ක් $^{65}\text{Cu}$ වේ.
මවුලය හා ඇවගාඩ්‍රෝ නියතය (Avogadro Constant)
ද්‍රව්‍ය ප්‍රමාණය (Amount of Substance) $n$ SI මූලික රාශියකි; එහි ඒකකය මවුලය (mol) යි. මවුලයක හරියට ම නිශ්චිත අංශු $N_A = 6.022 \times 10^{23}$ ක් අඩංගු වේ; මෙය ඇවගාඩ්‍රෝ නියතය යි ($N_A = 6.022 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}$). මෙය හරියට ම කාබන්-12 $12\ \text{g}$ ක ඇති පරමාණු සංඛ්‍යාව යි. අංශු සැම විට ම නම් කළ යුතු ය: ඔක්සිජන් පරමාණු මවුලයක ස්කන්ධය $16\ \text{g}$ වුව ද ඔක්සිජන් අණු ($\text{O}_2$) මවුලයක ස්කන්ධය $32\ \text{g}$ කි.
පරිමාණ දෙක අතර සම්බන්ධය $1\ \text{u} \times N_A = 1\ \text{g}$ යි. එබැවින් මූලද්‍රව්‍යයක $A_r$ ග්‍රෑම් ගණනක පරමාණු $N_A$ ක් ඇත.
මවුලික ස්කන්ධය (Molar Mass)
මවුලික ස්කන්ධය $M$ යනු ද්‍රව්‍යයක මවුලයක ස්කන්ධය යි; ඒකකය $\text{g mol}^{-1}$. එහි සංඛ්‍යාව $A_r$ හෝ $M_r$ ට සමාන ය: $M(\text{H}_2\text{O}) = 18\ \text{g mol}^{-1}$. $$n = \frac{m}{M}, \qquad N = n \times N_A$$
උදාහරණය: $\text{CO}_2$ $4.4\ \text{g}$ ක අණු හා පරමාණු කීයක් තිබේ ද? $n = 4.4/44 = 0.10\ \text{mol}$; එබැවින් අණු $0.10 \times 6.022 \times 10^{23} = 6.0 \times 10^{22}$ ක් ඇත. සෑම අණුවකට ම පරමාණු 3 ක් ඇති බැවින් පරමාණු $1.8 \times 10^{23}$ ක් ඇති අතර ඉන් $1.2 \times 10^{23}$ ක් ඔක්සිජන් පරමාණු ය.
උදාහරණය: එක් ජල අණුවක ස්කන්ධය $\dfrac{18\ \text{g mol}^{-1}}{6.022 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}} = 2.99 \times 10^{-23}\ \text{g}$.
උදාහරණය: $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$ $0.050\ \text{mol}$ ක $\text{Al}^{3+}$ අයන $0.10\ \text{mol}$, $\text{SO}_4^{2-}$ අයන $0.15\ \text{mol}$ හා ඔක්සිජන් පරමාණු $0.60\ \text{mol}$ ඇත.
වායුවල මවුලික පරිමාව (Molar Volume)
ඇවගාඩ්‍රෝ නියමයට අනුව (4 වන ඒකකය) එක ම උෂ්ණත්වයේ හා පීඩනයේ ඇති සියලු වායුවල සමාන පරිමාවල සමාන අණු සංඛ්‍යාවක් ඇත. එබැවින් ඕනෑම වායුවක මවුලයක් එක ම පරිමාවක් ගනී; එය මවුලික පරිමාව යි:
| තත්ත්ව | මවුලික පරිමාව |
|---|---|
| සම්මත උෂ්ණත්ව පීඩනය (STP): 273 K (0 °C), 1 atm = 101 325 Pa | $22.4\ \text{dm}^3\ \text{mol}^{-1}$ |
| 273 K හා $1.00 \times 10^5\ \text{Pa}$ | $22.7\ \text{dm}^3\ \text{mol}^{-1}$ |
| 298 K (25 °C), 1 atm | $24.5\ \text{dm}^3\ \text{mol}^{-1}$ |
උදාහරණය: $\text{O}_2$ $0.64\ \text{g}$ යනු $0.64/32 = 0.020\ \text{mol}$; STP හි දී එය $0.020 \times 22.4 = 0.448\ \text{dm}^3 = 448\ \text{cm}^3$ ගනී.
උෂ්ණත්වය හා පීඩනය සංඛ්‍යා ලෙස දී ඇති විට මවුලික පරිමාවක් මතක තබා ගැනීමට වඩා $PV = nRT$ භාවිතය ආරක්ෂිත ය.
Exam tip: "කුමක මවුලයක් ද?" යැයි සැම විට ම අසන්න. ක්ලෝරීන් වායුව $\text{Cl}_2$ වන අතර $M = 71\ \text{g mol}^{-1}$; $35.5$ භාවිත කිරීම ඉතා සුලබ වැරැද්දකි. ගණනය කිරීම පුරා සාර්ථක ඉලක්කම් (Significant Figures) තුනක් තබා ගෙන අවසානයේ දී පමණක් වටයන්න.