Question

ഒരു സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ അവസ്ഥ നിർണ്ണയിക്കുന്ന ഘട്ടനിയമം (ഫേസ് നിയമം) _____ ആണ് .

• A. P + F = C + 2
• B. P + F = C + 1
• C. P + F = C - 2
• D. P + F = C - 1

Answer 1

Answer:

A. P + F = C + 2

ഗിബ്സിൻ്റെ ഘട്ട നിയമം (Gibbs' Phase Rule)

• ഒരു സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ അവസ്ഥ നിർണ്ണയിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു പ്രധാന നിയമമാണ് ഗിബ്സിൻ്റെ ഘട്ട നിയമം (Gibbs' Phase Rule).
• ഈ നിയമം താപഗതിക വ്യവസ്ഥകളിലെ (thermodynamic systems) താപനില, മർദ്ദം, സാന്ദ്രത തുടങ്ങിയ തീവ്രമായ വേരിയബിളുകൾ തമ്മിലുള്ള ബന്ധം വിശദീകരിക്കുന്നു.

നിയമത്തിൻ്റെ സൂത്രവാക്യം:

• ഗിബ്സിൻ്റെ ഘട്ട നിയമം ഇപ്രകാരമാണ്: P + F = C + 2.
• ഈ സമവാക്യത്തിലെ ഓരോ ഘടകങ്ങളും ഒരു സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ പ്രത്യേകതകളെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു:
  • P (Phases - ഘട്ടങ്ങൾ): ഒരു സിസ്റ്റത്തിലെ വ്യത്യസ്തവും ഏകജാതീയവുമായ (homogeneous) ഭാഗങ്ങളുടെ എണ്ണം. ഈ ഭാഗങ്ങൾ വ്യക്തമായ അതിരുകളാൽ വേർതിരിക്കപ്പെട്ടിരിക്കും. ഉദാഹരണത്തിന്, ഖരം, ദ്രാവകം, വാതകം എന്നിവ ഓരോ ഘട്ടങ്ങളാണ്.
  • F (Degrees of Freedom - സ്വാതന്ത്ര്യത്തിൻ്റെ ഡിഗ്രികൾ): സിസ്റ്റത്തിലെ ഘട്ടങ്ങളുടെ എണ്ണത്തിൽ മാറ്റം വരുത്താതെ, സ്വതന്ത്രമായി വ്യത്യാസപ്പെടുത്താൻ കഴിയുന്ന തീവ്രമായ വേരിയബിളുകളുടെ (intensive variables) എണ്ണം. സാധാരണയായി താപനില, മർദ്ദം, ഘടകങ്ങളുടെ സാന്ദ്രത എന്നിവയാണ് ഈ വേരിയബിളുകൾ.
  • C (Components - ഘടകങ്ങൾ): സിസ്റ്റത്തിലെ ഓരോ ഘട്ടത്തിൻ്റെയും ഘടനയെ സൂചിപ്പിക്കാൻ ആവശ്യമായ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ സ്വതന്ത്ര രാസഘടകങ്ങളുടെ എണ്ണം. ഉദാഹരണത്തിന്, ജലത്തിൻ്റെ സിസ്റ്റത്തിൽ (ഖരം, ദ്രാവകം, വാതകം) H₂O എന്നത് ഒരേയൊരു ഘടകമാണ്, അതിനാൽ C=1.
  • 2: ഈ സ്ഥിരാങ്കം താപനിലയും മർദ്ദവും സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ അവസ്ഥയെ സ്വാധീനിക്കുന്ന പ്രധാന തീവ്രമായ വേരിയബിളുകളാണ് എന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. (പ്രത്യേകിച്ച് അടഞ്ഞ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ).

പ്രധാന വസ്തുതകൾ:

• ആവിഷ്കർത്താവ്: അമേരിക്കൻ ഗണിതശാസ്ത്രജ്ഞനും ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനുമായ ജോസിയ വില്ലാർഡ് ഗിബ്സ് (Josiah Willard Gibbs) ആണ് ഈ നിയമം ആവിഷ്കരിച്ചത് (1875-1878).
• ഉപയോഗം: വിവിധ ഘട്ടങ്ങളിലുള്ള പദാർത്ഥങ്ങളുടെ സന്തുലിതാവസ്ഥ (heterogeneous equilibria) പഠിക്കുന്നതിനും പ്രവചിക്കുന്നതിനും ഇത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

മത്സര പരീക്ഷകൾക്കുള്ള ഉദാഹരണങ്ങൾ:

1. ജലത്തിൻ്റെ ട്രിപ്പിൾ പോയിൻ്റ് (Triple Point of Water):
   • ജലം, ഐസ്, നീരാവി എന്നിവ ഒരേ സമയം സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ നിലനിൽക്കുന്ന താപനിലയും മർദ്ദവുമാണ് ട്രിപ്പിൾ പോയിൻ്റ്.
   • ഇവിടെ P (ഘട്ടങ്ങൾ) = 3 (ഖരം, ദ്രാവകം, വാതകം), C (ഘടകം) = 1 (H₂O).
   • നിയമം പ്രകാരം, F = C + 2 - P = 1 + 2 - 3 = 0.
   • ഇതിനർത്ഥം, ട്രിപ്പിൾ പോയിൻ്റിൽ സിസ്റ്റത്തിന് സ്വാതന്ത്ര്യത്തിൻ്റെ ഡിഗ്രികൾ ഇല്ല (Non-variant system). അതായത്, താപനിലയോ മർദ്ദമോ മാറ്റാൻ കഴിയില്ല.
2. ജലവും നീരാവിയും സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ (Water and Vapor in Equilibrium):
   • ഇവിടെ P = 2 (ദ്രാവകം, വാതകം), C = 1 (H₂O).
   • F = C + 2 - P = 1 + 2 - 2 = 1.
   • ഇതിനർത്ഥം, താപനിലയോ മർദ്ദമോ ഏതെങ്കിലും ഒന്ന് സ്വതന്ത്രമായി മാറ്റാൻ കഴിയും (Univariant system). ഒന്ന് മാറ്റിയാൽ മറ്റേത് സ്വയം നിർണ്ണയിക്കപ്പെടും.
3. ശുദ്ധജലം (Pure Water - ഒരു ഘട്ടം മാത്രം):
   • P = 1 (ദ്രാവകം മാത്രം), C = 1 (H₂O).
   • F = C + 2 - P = 1 + 2 - 1 = 2.
   • ഇവിടെ താപനിലയും മർദ്ദവും സ്വതന്ത്രമായി മാറ്റാൻ കഴിയും (Bivariant system).
4. യൂട്ടെക്റ്റിക് പോയിൻ്റ് (Eutectic Point):
   • രണ്ട് ഖരങ്ങളും അവയുടെ ദ്രാവക മിശ്രിതവും സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ വരുന്ന പോയിൻ്റ്.
   • ഇവിടെ P = 3 (രണ്ട് ഖരങ്ങൾ + ഒരു ദ്രാവകം), C = 2 (രണ്ട് ഘടകങ്ങൾ).
   • F = C + 2 - P = 2 + 2 - 3 = 1. ഇത് ഒരു യൂണിവേരിയൻ്റ് സിസ്റ്റമാണ്.

പരിമിതികൾ:

• ഗുരുത്വാകർഷണ ബലം, വൈദ്യുത അല്ലെങ്കിൽ കാന്തിക ബലം എന്നിവ സാധാരണയായി ഈ നിയമത്തിൽ പരിഗണിക്കപ്പെടുന്നില്ല.
• വളരെ വേഗത്തിലുള്ള മാറ്റങ്ങൾ സംഭവിക്കുന്ന നോൺ-ഇക്വിലിബ്രിയം സിസ്റ്റങ്ങൾക്ക് ഇത് ബാധകമല്ല.