சல்பரின் வேதியியல் (S) - பயிற்சி வினாக்கள்

பல தேர்வு வினாக்கள் (MCQs)

Q1: சல்பரின் புறவேற்றுமை வடிவங்கள்

அறை வெப்பநிலையில் (25°C) நிலைத்தன்மையுடன், S_8 வளையங்களாக காணப்படும் சல்பரின் புறவேற்றுமை வடிவம் எது? (A) ஒற்றைச்சரிவு சல்பர் (B) சாய்சதுர சல்பர் (C) பிளாஸ்டிக் சல்பர் (D) கூழ்ம சல்பர்

சரியான பதில்: (B)

விளக்கம்: ஆல்ஃபா-சல்பர், சாய்சதுர சல்பர் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது 95.6°C க்குக் குறைவான வெப்பநிலையில் (அறை வெப்பநிலை) சல்பரின் மிகவும் நிலைத்தன்மை கொண்ட புறவேற்றுமை வடிவமாகும். இது S_8 சுருங்கிய வளைய அமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளது, இதில் ஒவ்வொரு சல்பர் அணுவும் மற்ற இரண்டு சல்பர் அணுக்களுடன் பிணைந்துள்ளது.

Q2: SO_2 இன் ஒடுக்க-ஏற்ற பண்புகள்

சல்பர் டை ஆக்சைடு (SO_2) ஒரு ஆக்ஸிஜனேற்ற காரணியாகவும் (oxidizing agent) மற்றும் ஒடுக்கும் காரணியாகவும் (reducing agent) செயல்பட முடியும். பின்வரும் எதிர்வினைகளில் எது அதன் ஒடுக்கும் தன்மையை சிறப்பாக எடுத்துக்காட்டுகிறது? (A) SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + 2H_2O (B) SO_2 + Cl_2 \rightarrow SO_2Cl_2 (C) SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O (D) SO_2 + 2Mg \rightarrow 2MgO + S

சரியான பதில்: (B)

விளக்கம்: SO_2 ஒரு ஒடுக்கும் காரணியாகச் செயல்பட, சல்பரின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை அதிகரிக்க வேண்டும்.

• வினை (A) இல், சல்பரின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை +4 (SO_2 இல்) இலிருந்து 0 (S இல்) ஆக மாறுகிறது. இது ஒரு ஒடுக்கம் ஆகும், எனவே SO_2 ஒரு ஆக்ஸிஜனேற்ற காரணியாகச் செயல்படுகிறது.
• வினை (B) இல், சல்பரின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை +4 (SO_2 இல்) இலிருந்து +6 (SO_2Cl_2 இல்) ஆக மாறுகிறது. இது ஒரு ஆக்ஸிஜனேற்றம் ஆகும், அதாவது SO_2, Cl_2 க்கு எலக்ட்ரான்களை வழங்குவதன் மூலம் ஒரு ஒடுக்கும் காரணியாகச் செயல்படுகிறது.
• வினை (C) இல், SO_2 ஒரு அமில ஆக்சைடாக ஒரு காரத்துடன் வினைபுரிகிறது, இது ஒரு அமிலம்-கார வினை ஆகும், முதன்மையாக ஒடுக்க-ஏற்ற வினை அல்ல.
• வினை (D) இல், சல்பரின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை +4 (SO_2 இல்) இலிருந்து 0 (S இல்) ஆக மாறுகிறது. இது ஒரு ஒடுக்கம் ஆகும், எனவே SO_2 ஒரு ஆக்ஸிஜனேற்ற காரணியாகச் செயல்படுகிறது.

Q3: தொடுமுறை செயல்முறை பற்றிய விவரம்

சல்பூரிக் அமிலம் தயாரிக்கும் தொடுமுறை செயல்முறையில், சல்பர் ட்ரை ஆக்சைடு (SO_3) நேரடியாக தண்ணீரில் உறிஞ்சப்படாமல், 98% H_2SO_4 இல் உறிஞ்சப்படுகிறது. இதற்கான முதன்மைக் காரணம்: (A) SO_3 தண்ணீரில் கரையாது. (B) SO_3 தண்ணீருடன் நேரடியாக வினைபுரிவது அதிக வெப்ப உமிழ்வு கொண்டது, இது H_2SO_4 இன் அடர்ந்த பனியை உருவாக்குகிறது, இது ஒடுக்க கடினம். (C) 98% H_2SO_4 ஆனது SO_3 இன் நீரேற்றத்திற்கு ஒரு சிறந்த வினையூக்கியாக செயல்படுகிறது. (D) இந்த முறை பொருளாதார ரீதியாக குறைவான சாத்தியமானது, ஆனால் அதி-தூய H_2SO_4 ஐ உற்பத்தி செய்கிறது.

சரியான பதில்: (B)

விளக்கம்: SO_3 ஐ நேரடியாக தண்ணீரில் உறிஞ்சுவது ஒரு அதிக வெப்ப உமிழ்வு வினைக்கு வழிவகுக்கிறது, இது சல்பூரிக் அமிலத் துகள்களின் (H_2SO_4 பனி) ஒரு மெல்லிய மூடுபனியை உருவாக்குகிறது. இந்த மூடுபனியை ஒடுக்குவதும் பிரிப்பதும் கடினம், இதனால் தயாரிப்பு இழப்பு மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பிரச்சினைகள் ஏற்படும். SO_3 ஐ செறிவூட்டப்பட்ட H_2SO_4 இல் உறிஞ்சுவதன் மூலம், ஓலியம் (H_2S_2O_7) உருவாகிறது: SO_3(g) + H_2SO_4(conc.) \rightarrow H_2S_2O_7(l) (ஓலியம்) இந்த ஓலியத்தை பின்னர் கணக்கிடப்பட்ட அளவு தண்ணீருடன் நீர்த்துப்போகச் செய்வதன் மூலம் விரும்பிய செறிவில் சல்பூரிக் அமிலத்தைப் பெறலாம்: H_2S_2O_7(l) + H_2O(l) \rightarrow 2H_2SO_4(l) இந்த இரண்டு படிநிலை செயல்முறை அமில மூடுபனி உருவாவதைத் தவிர்க்கிறது மற்றும் திறமையான உற்பத்தியை உறுதி செய்கிறது.

கூற்று-காரண வினாக்கள்

அறிவுறுத்தல்கள்: பின்வரும் வினாக்களில், ஒரு கூற்று (A) ஒரு காரணம் (R) ஐத் தொடர்ந்து வருகிறது. கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ள விருப்பங்களிலிருந்து சரியான விருப்பத்தைத் தேர்வு செய்யவும்: (A) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை, மேலும் R என்பது A க்கு சரியான விளக்கம். (B) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை, ஆனால் R என்பது A க்கு சரியான விளக்கம் அல்ல. (C) A உண்மை ஆனால் R தவறு. (D) A தவறு ஆனால் R உண்மை.

Q1

கூற்று (A): H_2S, H_2O ஐ விட வலிமையான ஒடுக்கும் காரணியாகும். காரணம் (R): H-S பிணைப்பு பிளவுறா ஆற்றல் (bond dissociation enthalpy) H-O பிணைப்பு பிளவுறா ஆற்றலை விடக் குறைவு.

சரியான பதில்: (A)

விளக்கம்: தொகுதி 16 இல் ஆக்ஸிஜனில் இருந்து சல்பருக்குக் கீழ் செல்லும்போது, அணு அளவு அதிகரிக்கிறது. இதன் விளைவாக, H-S பிணைப்பு நீளம் H-O பிணைப்பு நீளத்தை விட அதிகமாகும். இந்த அதிகரித்த பிணைப்பு நீளம் H-O பிணைப்புடன் ஒப்பிடும்போது H-S பிணைப்பிற்கான பிணைப்பு பிளவுறா ஆற்றலைக் குறைக்கிறது (H-S பிணைப்பு ஆற்றல் ~347 kJ/mol, H-O பிணைப்பு ஆற்றல் ~463 kJ/mol). பலவீனமான H-S பிணைப்பு என்பது அதை எளிதாக உடைக்க முடியும் என்பதாகும், இது சல்பரை எளிதாக எலக்ட்ரான்களை இழக்க (ஆக்ஸிஜனேற்றம் அடைய) அனுமதிக்கிறது, இதனால் ஒரு வலிமையான ஒடுக்கும் காரணியாக செயல்படுகிறது. எனவே, H_2S ஆனது H_2O ஐ விட வலிமையான ஒடுக்கும் காரணியாகும், மேலும் H-S பிணைப்பின் குறைந்த பிணைப்பு பிளவுறா ஆற்றல் இதைச் சரியாக விளக்குகிறது.

Q2

கூற்று (A): செறிவூட்டப்பட்ட H_2SO_4 ஒரு வலிமையான நீர் நீக்கும் காரணியாகும். காரணம் (R): செறிவூட்டப்பட்ட H_2SO_4 க்கு நீர் மூலக்கூறுகளுடன் அதிக நாட்டம் உள்ளது.

சரியான பதில்: (A)

விளக்கம்: செறிவூட்டப்பட்ட சல்பூரிக் அமிலம் தண்ணீருடன் மிக அதிக நாட்டம் கொண்டது, முதன்மையாக அதிக நீரேற்ற வெப்பம் (அதாவது, தண்ணீருடன் வலுவான வெப்ப உமிழ்வு வினை) காரணமாகும். இந்த பண்பு, கரிம சேர்மங்கள் (எ.கா., சர்க்கரையை கருகச் செய்தல், எத்தனாலை நீர் நீக்கம் செய்தல்) மற்றும் சேர்மங்களிலிருந்து நீரின் கூறுகளைக் கூட பல்வேறு பொருட்களிலிருந்து திறம்பட அகற்ற அனுமதிக்கிறது. நீர் மூலக்கூறுகளுடன் இந்த வலுவான நாட்டமே அது ஒரு சக்திவாய்ந்த நீர் நீக்கும் காரணியாக செயல்படுவதற்கு சரியான காரணம்.

சுருக்கமான பதில் வினாக்கள்

Q1: சல்பர் மற்றும் ஆக்ஸிஜனில் சங்கிலித்தொடராக்கம்

சல்பர் ஏன் ஆக்ஸிஜனை விட மிக அதிக அளவில் சங்கிலித்தொடராக்கத்தைக் காட்டுகிறது என்பதை விளக்குங்கள்.

மாதிரி பதில்: சங்கிலித்தொடராக்கம் என்பது ஒரு தனிமம் தன்னைத்தானே பிணைத்து, சங்கிலிகள் அல்லது வளையங்களை உருவாக்கும் திறன் ஆகும். ஆக்ஸிஜனும் சல்பரும் தொகுதி 16 ஐச் சேர்ந்தவை, ஆனால் அவற்றின் சங்கிலித்தொடராக்க திறன்கள் கணிசமாக வேறுபடுகின்றன:

1. ஆக்ஸிஜன்: ஆக்ஸிஜன் மிகக் குறைந்த சங்கிலித்தொடராக்கத்தைக் காட்டுகிறது, முதன்மையாக O_2 மூலக்கூறுகளையும், குறைந்த அளவில் ஓசோன் (O_3) மற்றும் ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு (H_2O_2) ஐயும் உருவாக்குகிறது. O-O ஒற்றைப் பிணைப்பு பிளவுறா ஆற்றல் (தோராயமாக 146 kJ/mol) ஒப்பீட்டளவில் குறைவாகும். இது ஆக்ஸிஜன் அணுக்களின் சிறிய அளவின் காரணமாகும், இது ஒரு சங்கிலியில் அருகிலுள்ள ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுக்கு இடையே வலுவான தனித்த இணை-தனித்த இணை விரட்டலை ஏற்படுத்துகிறது, இது நீண்ட சங்கிலிகளை நிலைத்தன்மையற்றதாக்குகிறது.

2. சல்பர்: சல்பர் விரிவான சங்கிலித்தொடராக்கத்தைக் காட்டுகிறது, நிலைத்தன்மை கொண்ட S_8 சுருங்கிய வளையங்களை (சாய்சதுர மற்றும் ஒற்றைச்சரிவு சல்பரில் காணப்படுகிறது) மற்றும் நீண்ட பாலிமெரிக் சங்கிலிகளை (பிளாஸ்டிக் சல்பரில் உள்ளதைப் போல) உருவாக்குகிறது. S-S ஒற்றைப் பிணைப்பு பிளவுறா ஆற்றல் (தோராயமாக 213 kJ/mol) O-O பிணைப்பு பிளவுறா ஆற்றலை விட கணிசமாக அதிகமாகும். சல்பரின் பெரிய அணு அளவு அருகிலுள்ள சல்பர் அணுக்களுக்கு இடையே உள்ள தனித்த இணை-தனித்த இணை விரட்டலைக் குறைக்கிறது. இது வலுவான மற்றும் அதிக நிலைத்தன்மை கொண்ட S-S ஒற்றைப் பிணைப்புகளை அனுமதிக்கிறது, இது பல்வேறு மற்றும் நிலைத்தன்மை கொண்ட பல அணு அமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கு உதவுகிறது.

Q2: சல்பர் டை ஆக்சைடின் அமிலத்தன்மை

சல்பர் டை ஆக்சைடு (SO_2) இன் அமிலத் தன்மையை விவரிக்கவும். தொடர்புடைய வேதியியல் சமன்பாடுகளை எழுதவும்.

மாதிரி பதில்: சல்பர் டை ஆக்சைடு (SO_2) ஒரு சிறப்பியல்பு அமில ஆக்சைடு ஆகும். அதன் அமிலத் தன்மை பின்வரும் வினைகளிலிருந்து தெளிவாகிறது:

1. தண்ணீருடன் வினை: SO_2 தண்ணீரில் கரைந்து சல்ஃபரஸ் அமிலத்தை (H_2SO_3) உருவாக்குகிறது, இது ஒரு பலவீனமான இரு கார அமிலமாகும். இதனால்தான் SO_2 இன் நீர்க்கரைசல் நீல லிட்மஸை சிவப்பாக மாற்றுகிறது. SO_2(g) + H_2O(l) \rightleftharpoons H_2SO_3(aq)

2. காரங்களுடன் வினை: ஒரு அமில ஆக்சைடு என்பதால், SO_2 காரங்களுடன் எளிதில் வினைபுரிந்து சல்ஃபைட்டுகளை உருவாக்குகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, சோடியம் ஹைட்ராக்சைடுடன் வினைபுரிந்து சோடியம் சல்ஃபைட்டை உருவாக்குகிறது: SO_2(g) + 2NaOH(aq) \rightarrow Na_2SO_3(aq) + H_2O(l) அதிகப்படியான SO_2 கரைசலின் வழியாக செலுத்தப்பட்டால், சல்ஃபைட் மேலும் வினைபுரிந்து ஒரு பைசல்ஃபைட்டை உருவாக்கலாம்: Na_2SO_3(aq) + H_2O(l) + SO_2(g) \rightarrow 2NaHSO_3(aq)

3. கார ஆக்சைடுகளுடன் வினை: SO_2 கார ஆக்சைடுகளுடன் வினைபுரிந்து சல்ஃபைட்டுகளை உருவாக்குகிறது. இந்த பண்பு தொழில்துறை செயல்முறைகளில், எரிவாயு நீக்குதலில் (flue gas desulfurization) பயன்படுத்தப்படுகிறது, இங்கு SO_2, கால்சியம் கார்பனேட் (சுண்ணாம்புக்கல்) அல்லது கால்சியம் ஹைட்ராக்சைடு (நீர்த்த சுண்ணாம்பு) உடன் வினைபுரிவதன் மூலம் வெளியேற்ற வாயுக்களிலிருந்து அகற்றப்படுகிறது: SO_2(g) + CaO(s) \rightarrow CaSO_3(s) SO_2(g) + CaCO_3(s) \rightarrow CaSO_3(s) + CO_2(g)

இந்த வினைகள் சல்பர் டை ஆக்சைடின் அமிலத் தன்மையை தெளிவாகக் காட்டுகின்றன.

உயர் சிந்தனை திறன் (HOTS) வினா

Q: H_2S வாயுவை உலர்த்துதல்

செறிவூட்டப்பட்ட H_2SO_4 பொதுவாக H_2S வாயுவை உலர்த்தப் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை. ஏன் என்பதை, தொடர்புடைய வேதியியல் சமன்பாடுகளுடன் விளக்குங்கள். H_2SO_4 இல்லை என்றால், வேறு எந்த உலர்த்தும் காரணியைப் பயன்படுத்தலாம்?

விரிவான வேதியியல் விளக்கம்: செறிவூட்டப்பட்ட சல்பூரிக் அமிலம் (H_2SO_4) ஒரு சக்திவாய்ந்த நீர் நீக்கும் காரணியாகும், ஆனால் இது ஹைட்ரஜன் சல்பைடு (H_2S) வாயுவை உலர்த்துவதற்குப் பொருந்தாது. இதற்கான முதன்மைக் காரணம், செறிவூட்டப்பட்ட H_2SO_4 ஒரு வலிமையான ஆக்ஸிஜனேற்ற காரணியாகவும், H_2S ஒரு வலிமையான ஒடுக்கும் காரணியாகவும் செயல்படுகிறது. இந்த இரண்டு பொருட்களும் தொடர்பு கொள்ளும்போது, எளிய நீர் நீக்கத்திற்குப் பதிலாக ஒரு ஒடுக்க-ஏற்ற வினை நிகழ்கிறது, இது H_2S ஐ நுகர்ந்து தேவையற்ற துணைப் பொருட்களை உருவாக்குகிறது.

வேதியியல் சமன்பாடு: இந்த வினை H_2S இன் ஆக்ஸிஜனேற்றத்தையும் (சல்பரின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை -2 இலிருந்து 0 ஆக மாறுகிறது) மற்றும் H_2SO_4 இன் ஒடுக்கத்தையும் (சல்பரின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை +6 இலிருந்து +4 ஆக மாறுகிறது) உள்ளடக்கியது. இந்த வினையின் ஒரு பொதுவான பிரதிநிதித்துவம்: H_2S(g) + H_2SO_4(conc.) \rightarrow S(s) + SO_2(g) + 2H_2O(l) இந்த வினையில், H_2S தனிம சல்பராக (S) ஆக்ஸிஜனேற்றம் அடைகிறது, மேலும் H_2SO_4 சல்பர் டை ஆக்சைடாக (SO_2) ஒடுக்கம் அடைகிறது. இது H_2S ஐ உலர்த்துவதில் தோல்வியடைவது மட்டுமல்லாமல், திட சல்பர் மற்றும் மற்றொரு வாயுவையும் (SO_2) உருவாக்குகிறது, இது செயல்முறையை சிக்கலாக்குகிறது.

மாற்று உலர்த்தும் காரணிகள்: H_2S ஒரு ஒடுக்கும் காரணி மற்றும் ஒரு பலவீனமான அமிலம் என்பதால், பொருத்தமான உலர்த்தும் காரணிகள் பின்வருமாறு இருக்க வேண்டும்:

1. ஆக்ஸிஜனேற்றம் செய்யாதது: ஒடுக்க-ஏற்ற வினைகளைத் தடுக்க.
2. காரத்தன்மை அற்றது: அமிலம்-கார வினைகளைத் தவிர்க்க.

எனவே, நடுநிலையான மற்றும் ஆக்ஸிஜனேற்றம் செய்யாத உலர்த்தும் காரணிகள் விரும்பப்படுகின்றன. சிறந்த தேர்வுகள் பின்வருமாறு:

• நீரற்ற பாஸ்பரஸ் பென்டாக்சைடு (P_2O_5): இது ஒரு மிகவும் பயனுள்ள நீர் நீக்கும் காரணியாகும் மற்றும் சாதாரண சூழ்நிலைகளில் H_2S உடன் வினைபுரிவதில்லை.
• நீரற்ற மெக்னீசியம் சல்பேட் (MgSO_4): ஒரு நடுநிலையான உப்பு, இது ஒரு நல்ல உலர்த்தும் காரணியாக செயல்படுகிறது.
• சிலிக்கா ஜெல்: சிலிக்கான் டை ஆக்சைடின் நுண்ணிய வடிவம், இது ஈரப்பதத்தை திறம்பட உறிஞ்சுகிறது.

உருகிய நீரற்ற கால்சியம் குளோரைடு (CaCl_2) பொதுவாகத் தவிர்க்கப்படுகிறது, ஏனெனில் இது H_2S உடன் ஒரு நிலையற்ற கூட்டுப் பொருளை (CaCl_2\cdot xH_2S) உருவாக்கலாம், இருப்பினும் இதன் வினைத்திறன் H_2SO_4 ஐ விடக் குறைவு. H_2S ஐ உலர்த்துவதற்கு பொதுவாக பரிந்துரைக்கப்படும் மற்றும் பாதுகாப்பான மாற்று நீரற்ற P_2O_5 ஆகும்.