வேதியியற் சமன்பாடு

வேதிச் சமன்பாடு (Chemical equation) என்பது ஒரு வேதி வினையை குறியீடுகள் மற்றும் வாய்ப்பாடுகள் வடிவத்தில் எடுத்துக் கூறும் குறியீட்டு முறையாகும். இச்சமன்பாட்டில் வினைபடு பொருள்கள் இடதுபக்கத்திலும் வினை விளைபொருள்கள் வலது பக்கத்திலும் இடம்பெறுகின்றன ^[1]. இச்சமன்பாடுகளில் இடம்பெறும் ஒவ்வொரு குறியீடு மற்றும் வாய்ப்பாடுகளுக்கு அடுத்ததாக இடம்பெற்று இருக்கும் குணகங்கள் விகிதவியல் எண்களின் முழு மதிப்புகளாகும். முதல் வேதிச் சமன்பாடு 1615 இல் யீன் பெகுயின் என்பவரால் எழுதப்பட்டது^[2].

வேதிச்சமன்பாட்டை உருவாக்குதல்

ஒரு வேதிச் சமன்பாட்டில் வினையில் பங்குபெறும் வேதிப் பொருள்களின் மூலக்கூற்று வாய்ப்பாடுகள் இடம்பெறுகின்றன. வினையில் பங்குபெறும் பொருட்கள் என்பவை அவ்வினையின் தொடக்கத்தில் பங்கேற்கும் வேதிப்பொருள்களையும், வினையின் முடிவில் உருவாகும் புதிய வேதிப் பொருள்களையும் குறிக்கும். வினையின் தொடக்கப் பொருள்கள் வினை படு பொருள்கள் என்றும் வினை முடிவில் தோன்றும் பொருட்கள் வினை விளைபொருள்கள் என்றும் கருதப்படுகின்றன. இடது புறத்தில் வினைபடு பொருள்களும் வலது பக்கத்தில் வினை விளை பொருள்களும் எழுதப்படுவது வழக்கம் ஆகும். இவ்விரு பகுதிகளையும் பிரித்துக் காட்ட ஒரு படுக்கை வாட்டிலான அம்புக் குறியீடு ( $\rightarrow$ இடப்படுகிறது. வழக்கமாக வேதியியலில் இந்த அம்புக் குறியை கொடுக்கிறது அல்லது உற்பத்தி செய்கிறது என்று பொருள் கொள்வர். வினையில் பங்கேற்கும் ஒவ்வொரு வேதிப் பொருளுக்கும் இடையில் கூட்டல் குறியீடு (+) இடுவர்.

எடுத்துக்காட்டாக ஐதரோகுளோரிக் அமிலமும் சோடியமும் வினைபுரிந்து சோடியம் குளோரைடும் ஐதரசனும் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன என்பதை பின்வருமாறு வேதிச் சமன்பாடாக எழுதலாம்.

2 HCl + 2 Na → 2 NaCl + H
₂

இச்சமன்பாட்டை படிக்கும் போது இரண்டு எச்.சி.எல் கூட்டல் இரண்டு என்.ஏ கொடுக்கிறது இரண்டு என்.ஏ.சி. எல் கூட்டல் எச் இரண்டு என படிக்க வேண்டும். சிக்கலான வேதிப்பொருள்களின் சமன்பாட்டை எழுதிப் படிக்கையில் ஐயூபிஏசி முறைப் பெயர்களைப் பயன்படுத்தி வாசிக்க வேண்டும். இவ்வினையையே பின் வருமாறு படிக்கலாம். இரண்டு ஐதரோகுளோரிக் அமிலம் கூட்டல் இரண்டு சோடியம் கொடுக்கிறது இரண்டு சோடியம் குளோரைடு கூட்டல் ஐதரசன் இரண்டு எனப் படிக்கலாம்.

இரண்டு ஐதரோகுளோரிக் அமில மூலக்கூறுகள் இரண்டு சோடியம் மூலக்கூறுகளுடன் சேர்ந்து இரண்டு சோடியம் குளோரைடு மூலக்கூறுகளையும் ஐதரசன் வாயுவையும் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது என்பது இச்சமன்பாட்டின் பொருளாகும். இரண்டு ஐதரோகுளோரிக் அமில மூலக்கூறுகளுடன் வினைபுரிய தேவை என்பதையும் இச்சமன்பாடு கூறுகிறது. வினையின் முடிவில் இரண்டு மூலக்கூறு சோடியம் குளோரைடும் ஓர் ஈரணு மூலக்கூறான ஐதரசனும் உருவாகின்றன என்பதையும் இச்சமன்பாடு கூறுகிறது. மேலும் ஒவ்வொரு இரண்டு மூலக்கூறு ஐதரசன் குளோரைடு இரண்டு மூலக்கூறு சோடியத்துடன் வினைபுரியும் போதெலாம் ஓர் ஈரணு ஐதரசன் வாயு உருவாகும் என்ற செய்தியையும் இதிலிருந்து அறியமுடிகிறது. வேதிப் பொருள்களுக்கு முன்னால் இடப்படும் எண்கள் விகிதவியல் குணகங்கள் ஆகும். நிறை அழிவின்மை விதியின் அடிப்படையில் வேதிச் சமன்பாடுகளை சமப்படுத்துவதற்காக இக்குணகங்கள் இடப்படுகின்றன.

பொதுவான குறியீடுகள்

பல்வேறு வகையான வினைகளை வேறுபடுத்திக் காட்டுவதற்காக குறியீடுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. வினை வகைகளை குறிக்க பின் வரும் குறியீடுகள் பொதுவாக இச்சமன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

" $=$ " இக்குறியீடு விகிதவியல் தொடர்பைக் குறிப்பிடுகிறது.
" $\rightarrow$ " இக்குறியீடு முன்னோக்கு வினையைக் குறிக்கிறது.
" $\rightleftarrows$ " இக்குறியீடு வினை இரு திசை வினை என்பதைக் குறிக்கிறது.^[3]
" $\rightleftharpoons$ " இக்குறியீடு வேதிச்சமநிலையைக் குறிக்கிறது.

குறிப்பாக அயனியாக்க வினைகளில் வினைகளில் பங்கேற்கும் பொருள்களின் அடிப்படை நிலைகளான திண்மம், நீர்மம், வாயு ஆகியனவற்றைக் குறிக்கும் எழுத்துகளும் பொருள்களுக்கு பின்னால் எழுதுவது வழக்கம் ஆகும். திண்மப் பொருள்களைக் குறிப்பிட (தி) என்றும் திரவத்தைக் குறிப்பிட (நீ) என்றும் வாயுப் பொருள்களைக் குறிப்பிட (வா) என்றும் நீரிய கரைசல் என்பதைக் குறிப்பிட (நீர்) என்றும் எழுதி வேறுபடுத்திக் காட்டுவார்கள்.

நடைபெறும் வினைக்கு அளிக்கப்படும் ஆற்றல் வெப்ப ஆற்றலாக இருந்தால் அம்புக்குறிக்கு மேலாக டெல்டா எனப்படும் ( $\Delta$ ) என்ற குறியீடும், அளிக்கப்படும் ஆற்றல் ஒளி ஆற்றலாக இருந்தால் $h\nu$ என்ற குறியீடும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கதிரியக்க வினை போன்ற வினைகளின் சமன்பாடுகளுக்கு சில குறிப்பிட்ட குறியீடுகள் பயன்படுவதுண்டு. எடுத்துக்காட்டாக ஏபர் செயல்முறையில் நிகழும் வினையை பின்வருமாறு குறிக்கப்படுகின்றது.

N_2(g) + 3H_2(g) ⇌ 2NH_3(g) + ΔH.

வேதிச்சமன்பாடுகளைச் சமப்படுத்துதல்

வினையில் ஈடுபடும் பொருள்களின் மொத்தப் பொருண்மை வினையில் விளைகின்ற பொருள்களின் மொத்தப்பொருண்மைக்குச் சமம் என்பது நிறை அழிவின்மை விதியாகும். இவ்விதியின் படி ஒரு வேதி வினையில் பங்குபெறும் பொருள்களின் அளவு விண்னையில் விளையும் பொருள்களின் எண்னிக்கைக்குச் சமமாக இருக்க வேண்டும். அதாவது சமன்பாட்டின் இடது பக்கத்தில் ஈடுபடும் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை வலது பக்கத்தில் விளையும் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கைக்குச் சமமாக இருக்க வேண்டும். ஒரு வேதி வினை எடுத்துக்காட்டுக்காக சமப்படுத்தி காட்டப்படுகிறது.

மீத்தேன் ஆக்சிசனில் எரிந்து கார்பனீராக்சைடும் நீரும் உருவாகின்றன என்பது வினையாகும்.

இதை பின்வரும் சமன்பாடாக எழுதலாம்.

CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

சமன்பாட்டை உற்று நோக்கும்போது நிறை அழிவின்மை விதியின்படி சமன்பாடு சமப்படுத்தப்படவில்லை என்பதை அறியலாம். ஐதரசன் இடது புறத்தில் 4 அணுக்களும் வலது புறத்தில் இரண்டு அணுக்களும் சமமின்றி காணப்படுகிறது. எனவே சமன்பாடு சமப்படுத்த வேண்டும். முயன்று தவறி கற்றல் முறையில் முயற்சிக்கும் வகையில் மீத்தேனுக்கு முன்னால் 1 என்ற எண்ணை இடலாம்.

1 CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

இரண்டு பக்கத்திலும் 1 கார்பன் சமமாக உள்ளது. அடுத்துள்ள ஐதரசன் அணுவை நோக்கினால் வலது புறத்தில் இரண்டு ஐதரசனும் இடது பக்கத்தில் நான்கு ஐதரசன்களும் உள்ளன. இதைச் சமன்செய்ய வலதுபுறத்திலுள்ள நீர் மூலக்கூறுக்கு முன்னால் 2 என்ற எண்னை இட்டால் ஐதரசன் அணுக்கள் இரண்டு பக்கத்திலும் 4 ஆகி சமம் ஆகின்றன.

1 CH₄ + O₂ → CO₂ + 2 H₂O

அடுத்து கடைசியாக உள்ள ஆக்சிசன் சமமாக உள்ளதா என ஆய்வுசெய்தால் வலது பக்கம் நான்கு ஆக்சிசன் அணுக்களும் இடது பக்கம் 2 ஆக்சிசன் அணுக்களும் சமமின்றி உள்ளதை அறியலாம்.. இடது புறத்தில் உள்ள ஆக்சிசனுக்கு முன்னால் 2 என்ற எண்னை இட்டால் முழுமையாக சமப்படுத்தப்பட்ட சமன்பாடு கிடைக்கிறது.

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

மேற்கோள்கள்

↑ IUPAC Compendium of Chemical Terminology
↑ Crosland, M.P. (1959). "The use of diagrams as chemical 'equations' in the lectures of William Cullen and Joseph Black". Annals of Science 15 (2): 75–90. doi:10.1080/00033795900200088.
↑ The notation $\rightleftarrows$ was proposed in 1884 by the Dutch chemist Jacobus Henricus van 't Hoff. See: van 't Hoff, J.H. (1884). Études de Dynamique Chemique [Studies of chemical dynamics] (in French). Amsterdam, Netherlands: Frederik Muller & Co. pp. 4–5.{{cite book}}: CS1 maint: unrecognized language (link) Van 't Hoff called reactions that didn't proceed to completion "limited reactions". From pp. 4–5: "Or M. Pfaundler a relié ces deux phénomênes … s'accomplit en même temps dans deux sens opposés." (Now Mr. Pfaundler has joined these two phenomena in a single concept by considering the observed limit as the result of two opposing reactions, driving the one in the example cited to the formation of sea salt [i.e., NaCl] and nitric acid, [and] the other to hydrochloric acid and sodium nitrate. This consideration, which experiment validates, justifies the expression "chemical equilibrium", which is used to characterize the final state of limited reactions. I would propose to translate this expression by the following symbol: HCl + NO₃ Na $\rightleftarrows$ NO₃ H + Cl Na . I thus replace, in this case, the = sign in the chemical equation by the sign $\rightleftarrows$ , which in reality doesn't express just equality but shows also the direction of the reaction. This clearly expresses that a chemical action occurs simultaneously in two opposing directions.)

[1] IUPAC Compendium of Chemical Terminology

[2] Crosland, M.P. (1959). "The use of diagrams as chemical 'equations' in the lectures of William Cullen and Joseph Black". Annals of Science 15 (2): 75–90. doi:10.1080/00033795900200088.

[3] The notation $\rightleftarrows$ was proposed in 1884 by the Dutch chemist Jacobus Henricus van 't Hoff. See: van 't Hoff, J.H. (1884). Études de Dynamique Chemique [Studies of chemical dynamics] (in French). Amsterdam, Netherlands: Frederik Muller & Co. pp. 4–5.{{cite book}}: CS1 maint: unrecognized language (link) Van 't Hoff called reactions that didn't proceed to completion "limited reactions". From pp. 4–5: "Or M. Pfaundler a relié ces deux phénomênes … s'accomplit en même temps dans deux sens opposés." (Now Mr. Pfaundler has joined these two phenomena in a single concept by considering the observed limit as the result of two opposing reactions, driving the one in the example cited to the formation of sea salt [i.e., NaCl] and nitric acid, [and] the other to hydrochloric acid and sodium nitrate. This consideration, which experiment validates, justifies the expression "chemical equilibrium", which is used to characterize the final state of limited reactions. I would propose to translate this expression by the following symbol: HCl + NO₃ Na $\rightleftarrows$ NO₃ H + Cl Na . I thus replace, in this case, the = sign in the chemical equation by the sign $\rightleftarrows$ , which in reality doesn't express just equality but shows also the direction of the reaction. This clearly expresses that a chemical action occurs simultaneously in two opposing directions.)

[1]

[2]

[3]