Unit 7: Atoms and Molecules (அணுக்களும் மூலக்கூறுகளும்)
அலகு 7: அணுக்களும் மூலக்கூறுகளும் — Tamil Nadu Samacheer Kalvi Book Back Answers & Solutions
Complete official Tamil Nadu textbook solutions for Atoms and Molecules: Modern atomic theory, relative atomic mass (RAM), gram molecular mass, Avogadro's hypothesis, molar volume (22.4 L at STP), relationship between Vapor Density and Relative Molecular Mass (2 × VD = RMM), and mole concept calculations.
நவீன அணுக் கொள்கை, ஒப்பு அணு நிறை (RAM), கிராம் மூலக்கூறு நிறை, அவகேட்ரோ கருதுகோள், மோலார் பருமன் (STP-யில் 22.4 லிட்டர்), ஆவி அடர்த்தி மற்றும் ஒப்பு மூலக்கூறு நிறை தொடர்பு (2 × VD = RMM), மற்றும் மோல் தத்துவக் கணக்கீடுகளுக்கான முழுமையான அதிகாரப்பூர்வ தீர்வுகள்.
📐 Important Formulas & Laws Quick Revision
-
Mole Concept (by Mass) (மோல் தத்துவம் (நிறை வழி)):
Number of moles (n) = Mass of substance (g) / Gram Molecular Mass (or Atomic Mass)n = m / M. Used to convert between grams and moles. -
Mole Concept (by Particles) (மோல் தத்துவம் (துகள்கள் வழி)):
Number of moles (n) = Number of molecules / Avogadro's Number (N_A)N_A = 6.023 × 10²³ particles / mol. -
Vapor Density vs Relative Molecular Mass (ஆவி அடர்த்தி மற்றும் ஒப்பு மூலக்கூறு நிறை தொடர்பு):
Relative Molecular Mass (RMM) = 2 × Vapor Density (VD)Vapor density is the ratio of mass of a given volume of gas to the mass of equal volume of hydrogen at same T and P. -
Percentage Composition of an Element (தனிமத்தின் சதவீத இயைபு):
% of element = (Mass of that element in 1 mole / Molar mass of compound) × 100Gives mass proportion of each constituent element in a chemical compound.
Part I: Choose the Correct Answer (1 Mark)
1. Which of the following has the smallest mass?
கீழ்க்கண்டவற்றுள் எது மிகக் குறைந்த நிறையை உடையது?
- (a) 6.023 × 10²³ atoms of He
- (b) 1 atom of He ✓ (Correct Answer)
- (c) 2 g of He
- (d) 1 mole atoms of He
2. Which of the following is a triatomic molecule?
கீழ்க்கண்டவற்றுள் மூவணு மூலக்கூறு எது?
- (a) Glucose
- (b) Helium
- (c) Carbon dioxide ✓ (Correct Answer)
- (d) Hydrogen
3. The volume occupied by 4.4 g of CO₂ at S.T.P is ________.
திட்ட வெப்ப அழுத்த நிலையில் 4.4 கி CO₂ அடைத்துக் கொள்ளும் பருமன் ________.
- (a) 22.4 litre
- (b) 2.24 litre ✓ (Correct Answer)
- (c) 0.24 litre
- (d) 0.1 litre
4. Mass of 1 mole of Nitrogen atom is ________.
1 மோல் நைட்ரஜன் அணுவின் நிறை ________.
- (a) 28 amu
- (b) 14 amu
- (c) 28 g
- (d) 14 g ✓ (Correct Answer)
5. Which of the following represents 1 amu?
கீழ்க்கண்டவற்றுள் 1 amu என்பதைக் குறிப்பது எது?
- (a) Mass of a C–12 atom
- (b) Mass of a hydrogen atom
- (c) 1/12th of the mass of a C–12 atom ✓ (Correct Answer)
- (d) Mass of O–16 atom
6. Which of the following statement is incorrect?
கீழ்க்கண்டவற்றுள் எது தவறான கூற்று?
- (a) 12 gram of C–12 contains Avogadro's number of atoms
- (b) One mole of oxygen gas contains Avogadro's number of molecules
- (c) One mole of hydrogen gas contains Avogadro's number of atoms ✓ (Correct Answer)
- (d) One mole of electrons stands for 6.023 × 10²³ electrons
7. The volume occupied by 1 mole of a diatomic gas at S.T.P is ________.
திட்ட வெப்ப அழுத்த நிலையில் (S.T.P) ஒரு மோல் ஈரணு வாயு அடைத்துக் கொள்ளும் பருமன் ________.
- (a) 11.2 litre
- (b) 5.6 litre
- (c) 22.4 litre ✓ (Correct Answer)
- (d) 44.8 litre
8. In the nucleus of ₂₀Ca⁴⁰, there are ________.
₂₀Ca⁴⁰ என்ற அணுவின் உட்கருவில் உள்ளவை ________.
- (a) 20 protons and 40 neutrons
- (b) 20 protons and 20 neutrons ✓ (Correct Answer)
- (c) 20 protons and 40 electrons
- (d) 40 protons and 20 electrons
9. The gram molecular mass of oxygen molecule is ________.
ஆக்சிஜன் மூலக்கூறின் கிராம் மூலக்கூறு நிறை ________.
- (a) 16 g
- (b) 18 g
- (c) 32 g ✓ (Correct Answer)
- (d) 17 g
10. 1 mole of any substance contains ________ molecules.
1 மோல் எந்த ஒரு பொருளிலும் காணப்படும் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை ________.
- (a) 6.023 × 10²³ ✓ (Correct Answer)
- (b) 6.023 × 10⁻²³
- (c) 3.0115 × 10²³
- (d) 12.046 × 10²³
Part II: Fill in the Blanks (கோடிட்ட இடங்களை நிரப்புக)
1. Atoms of different elements having ________ mass number, but ________ atomic numbers are called isobars.
மாறுபட்ட அணு எண்களையும் ________ நிறை எண்ணையும் கொண்ட வெவ்வேறு தனிமங்களின் அணுக்கள் ஐசோபார்கள் எனப்படும்.
Answer: same, different (ஒத்த (same), மாறுபட்ட (different))
2. Atoms of one element can be transmuted into atoms of other element by ________.
ஒரு தனிமத்தின் அணுக்களை மற்றொரு தனிமத்தின் அணுக்களாக ________ மூலம் மாற்றலாம்.
Answer: artificial transmutation (செயற்கை மாற்றுத் தனிமமாக்கல் (Artificial transmutation))
3. The sum of the numbers of protons and neutrons of an atom is called its ________.
ஒரு அணுவின் புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் கூடுதல் அதன் ________ எனப்படும்.
Answer: mass number (நிறை எண் (Mass number))
4. Relative atomic mass is otherwise known as ________.
ஒப்பு அணு நிறை என்பது ________ என்றும் அழைக்கப்படுகிறது.
Answer: standard atomic weight (திட்ட அணு எடை (Standard Atomic Weight))
5. The average atomic mass of hydrogen is ________ amu.
ஹைட்ரஜனின் சராசரி அணு நிறை ________ amu ஆகும்.
Answer: 1.008 (1.008 amu)
6. If a molecule is made of similar kind of atoms, then it is called ________ atomic molecule.
ஒத்த வகை அணுக்களால் ஆன மூலக்கூறு ________ மூலக்கூறு எனப்படும்.
Answer: homo (ஒத்த அணு (Homoatomic))
7. The number of atoms present in a molecule is called its ________.
ஒரு மூலக்கூறில் உள்ள அணுக்களின் எண்ணிக்கை அதன் ________ எனப்படும்.
Answer: atomicity (அணுக்கட்டு எண் (Atomicity))
8. One mole of any gas occupies ________ ml at S.T.P.
திட்ட வெப்ப அழுத்த நிலையில் (S.T.P) ஒரு மோல் எந்த ஒரு வாயுவும் ________ மி.லி பருமனை அடைத்துக் கொள்ளும்.
Answer: 22,400 (22,400 மி.லி (22.4 லிட்டர்))
9. Atomicity of phosphorous is ________.
பாஸ்பரஸின் அணுக்கட்டு எண் ________.
Answer: 4 (4 (நான்கு / P₄))
Part III: State True or False with Statement Correction (சரியா? தவறா?)
1. Two elements sometimes can form more than one compound.
இரண்டு தனிமங்கள் சில சமயங்களில் ஒன்றுக்கும் மேற்பட்ட சேர்மங்களை உருவாக்கும்.
✓ TRUE (சரி)
2. Noble gases are Diatomic.
மந்த வாயுக்கள் ஈரணு மூலக்கூறுகள் ஆகும்.
✗ FALSE (தவறு)
3. The gram atomic mass of an element has no unit.
ஒரு தனிமத்தின் கிராம் அணு நிறைக்கு அலகு இல்லை.
✗ FALSE (தவறு)
4. 1 mole of Gold and Silver contain same number of atoms.
1 மோல் தங்கம் மற்றும் வெள்ளியில் உள்ள அணுக்களின் எண்ணிக்கை சமம்.
✓ TRUE (சரி)
5. Molar mass of CO₂ is 42g.
CO₂-ன் மோலார் நிறை 42 கி ஆகும்.
✗ FALSE (தவறு)
Part IV: Match the Following (பொருத்துக)
- 8 g of O₂ (Molar mass = 32) (8 கி O₂) ➔ 0.25 moles (8 / 32 = 0.25 mol)
- 4 g of H₂ (Molar mass = 2) (4 கி H₂) ➔ 2 moles (4 / 2 = 2 mol)
- 52 g of He (Molar mass = 4) (52 கி He) ➔ 13 moles (52 / 4 = 13 mol)
- 112 g of N₂ (Molar mass = 28) (112 கி N₂) ➔ 4 moles (112 / 28 = 4 mol)
- 35.5 g of Cl₂ (Molar mass = 71) (35.5 கி Cl₂) ➔ 0.5 moles (35.5 / 71 = 0.5 mol)
Part V: Assertion and Reason (கூற்றும் காரணமும்)
Question 1:
Assertion (A): The Relative Atomic mass of aluminium is 27.
Reason (R): An atom of aluminium is 27 times heavier than 1/12th of the mass of the C–12 atom.
Correct Answer: (a) A and R are correct, R explains A
By definition, Relative Atomic Mass (RAM) = (Mass of 1 atom of element) / (1/12th mass of C-12). Since Al atom is 27 times heavier than 1/12th of C-12, its RAM is 27. Both are correct and Reason explains Assertion.
Question 2:
Assertion (A): The Relative Molecular Mass of Chlorine is 35.5 a.m.u.
Reason (R): The natural abundance of Chlorine isotopes are not equal.
Correct Answer: (a) A and R are correct, R explains A
Chlorine consists of isotopes Cl-35 (75%) and Cl-37 (25%). Fractional atomic mass 35.5 arises because the isotopes are not equally abundant (Average = 35 × 0.75 + 37 × 0.25 = 35.5). Reason explains Assertion.
Part VI: Short Answer Questions — 2 Marks (சுருக்கமான விடையளி)
Q1. Define: Relative atomic mass.
வரையறு: ஒப்பு அணு நிறை.
- Relative Atomic Mass (A_r) of an element is the ratio between the average mass of its isotopes to 1/12th part of the mass of one atom of Carbon-12.
- Formula: Relative Atomic Mass = (Average mass of the isotopes of the element) / (1/12th of the mass of one Carbon-12 atom).
- It is denoted by A_r and has no unit.
Q2. Write the different types of isotopes of oxygen and its percentage abundance.
ஆக்சிஜனின் வெவ்வேறு ஐசோடோப்புகள் மற்றும் அவற்றின் சதவீத அளவுகளை எழுதுக.
- Oxygen exists in nature as three stable isotopes:
- 1. ₈O¹⁶ — 99.757 % abundance (Mass: 15.9949 amu)
- 2. ₈O¹⁷ — 0.038 % abundance (Mass: 16.9991 amu)
- 3. ₈O¹⁸ — 0.205 % abundance (Mass: 17.9992 amu)
Q3. Define: Atomicity.
வரையறு: அணுக்கட்டு எண்.
- The number of atoms present in one molecule of an element or compound is called its atomicity.
- Formula: Atomicity = Molecular mass / Atomic mass.
- Examples: Helium (He) = 1 (monoatomic), Oxygen (O₂) = 2 (diatomic), Ozone (O₃) = 3 (triatomic), Phosphorus (P₄) = 4.
Q4. Give any two examples for heterodiatomic molecules.
வேற்றணு ஈரணு மூலக்கூறுகளுக்கு ஏதேனும் இரண்டு எடுத்துக்காட்டுகள் தருக.
- Heterodiatomic molecules consist of two different atoms bonded together:
- 1. Hydrogen chloride (HCl) — Contains 1 Hydrogen atom and 1 Chlorine atom.
- 2. Carbon monoxide (CO) — Contains 1 Carbon atom and 1 Oxygen atom.
- (Other examples: Nitric oxide - NO, Hydrogen fluoride - HF).
Q5. What is Molar volume of a gas?
ஒரு வாயுவின் மோலார் பருமன் என்றால் என்ன?
- The volume occupied by one mole of any gas at Standard Temperature and Pressure (S.T.P: 273.15 K and 1 atm pressure) is called the molar volume.
- Molar volume of any gas at S.T.P = 22.4 litres (or 22,400 ml or 22.4 dm³).
Q6. Find the percentage of nitrogen in ammonia (NH₃).
அம்மோனியாவில் (NH₃) உள்ள நைட்ரஜனின் சதவீதத்தைக் காண்க.
- 1. Molecular mass of NH₃ = (1 × 14) + (3 × 1) = 14 + 3 = 17 g/mol
- 2. Mass of nitrogen in NH₃ = 14 g
- 3. Percentage of Nitrogen = (14 / 17) × 100 = 82.35 %
Part VII: Long Answer Questions — 5 / 7 Marks (விரிவான விடையளி)
Q1. Calculate the number of water molecules present in one drop of water which weighs 0.18 g.
0.18 கிராம் எடையுள்ள ஒரு துளி நீரில் உள்ள நீர் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுக.
Given Data & Formula
- Mass of one drop of water (m) = 0.18 g
- Molar mass of water (H₂O) = (2 × 1) + (1 × 16) = 18 g/mol
- Avogadro's number (N_A) = 6.023 × 10²³ molecules/mol
- Number of molecules = (Mass / Molar mass) × Avogadro's number
Step-by-step Calculation
- Number of moles of water = 0.18 g / 18 g/mol = 0.01 mole
- Number of molecules = 0.01 × 6.023 × 10²³ = 6.023 × 10²¹ molecules
Q2. Fill in the blanks for the reaction: N₂ + 3H₂ → 2NH₃ (Atomic mass: N = 14, H = 1). 1 mole of nitrogen (___ g) + 3 moles of hydrogen (___ g) → 2 moles of ammonia (___ g).
கொடுக்கப்பட்டுள்ள வினைக்கு கோடிட்ட இடங்களை நிரப்புக: N₂ + 3H₂ → 2NH₃ (அணு நிறை: N = 14, H = 1). 1 மோல் நைட்ரஜன் (___ கி) + 3 மோல் ஹைட்ரஜன் (___ கி) → 2 மோல் அம்மோனியா (___ கி).
Molar Mass Calculations
- 1 mole of Nitrogen molecule (N₂) = 2 × 14 = 28 g
- 3 moles of Hydrogen molecule (3 H₂) = 3 × (2 × 1) = 6 g
- 2 moles of Ammonia (2 NH₃) = 2 × [14 + (3 × 1)] = 2 × 17 = 34 g
Verification of Law of Conservation of Mass
- Mass of reactants = 28 g (N₂) + 6 g (H₂) = 34 g
- Mass of products = 34 g (NH₃)
- Total mass of reactants = Total mass of products (Law of Conservation of Mass verified).
Q3. Calculate the number of moles in: (i) 27 g of Al, (ii) 1.51 × 10²³ molecules of NH₄Cl.
மோல்களின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுக: (i) 27 கி Al, (ii) 1.51 × 10²³ NH₄Cl மூலக்கூறுகள்.
Part (i) Moles in 27 g of Aluminium
- Given: Mass of Al = 27 g, Atomic mass of Al = 27 g/mol
- Formula: Number of moles = Mass / Atomic mass
- Number of moles = 27 / 27 = 1 mole of Al
Part (ii) Moles in 1.51 × 10²³ molecules of NH₄Cl
- Given: Number of molecules = 1.51 × 10²³
- Avogadro's number N_A = 6.023 × 10²³
- Formula: Number of moles = Number of molecules / N_A
- Number of moles = (1.51 × 10²³) / (6.023 × 10²³) = 0.25 mole of NH₄Cl
Q4. Give the salient features of 'Modern Atomic Theory'.
நவீன அணுக் கொள்கையின் முக்கிய சிறப்பம்சங்களை எழுதுக.
Postulates of Modern Atomic Theory
- 1. An atom is no longer indivisible; it consists of subatomic particles: protons, neutrons, and electrons.
- 2. Atoms of the same element may have different atomic masses (Isotopes, e.g., ₁₇Cl³⁵ and ₁₇Cl³⁷).
- 3. Atoms of different elements may have the same atomic mass (Isobars, e.g., ₁₈Ar⁴⁰ and ₂₀Ca⁴⁰).
- 4. Atoms of one element can be transmuted into atoms of other elements (Artificial Transmutation).
- 5. Atoms may not always combine in simple whole-number ratios (e.g., Sucrose C₁₂H₂₂O₁₁).
- 6. Atom is the smallest particle that takes part in a chemical reaction.
- 7. The mass of an atom can be converted into energy (Einstein's equation: E = mc²).
Q5. Derive the relationship between Relative Molecular Mass and Vapour Density.
ஒப்பு மூலக்கூறு நிறைக்கும் ஆவி அடர்த்திக்கும் இடையே உள்ள தொடர்பை வருவி.
1. Definitions
- Relative Molecular Mass (RMM) = (Mass of 1 molecule of gas) / (1/12th of mass of 1 atom of C-12).
- Vapour Density (VD) = (Mass of a given volume of gas/vapour at STP) / (Mass of equal volume of hydrogen at STP).
2. Applying Avogadro's Hypothesis
- According to Avogadro's Law, equal volumes of all gases under similar conditions contain equal number of molecules (say 'n' molecules):
- VD = (Mass of 'n' molecules of gas at STP) / (Mass of 'n' molecules of hydrogen at STP)
- Canceling 'n': VD = (Mass of 1 molecule of gas at STP) / (Mass of 1 molecule of hydrogen at STP)
- Since Hydrogen is diatomic (H₂), 1 molecule of hydrogen = 2 atoms of hydrogen:
- VD = (Mass of 1 molecule of gas) / (2 × Mass of 1 atom of hydrogen)
- VD = (1 / 2) × [(Mass of 1 molecule of gas) / (Mass of 1 atom of hydrogen)]
3. Final Derivation
- By definition: (Mass of 1 molecule of gas) / (Mass of 1 atom of hydrogen) = Relative Molecular Mass (RMM).
- Therefore: VD = RMM / 2
- Rearranging: Relative Molecular Mass = 2 × Vapour Density (RMM = 2 × VD).
Part VIII: Solved Problems Corner / Numerical Calculations
Problem 1: How many grams are there in the following? (i) 2 moles of hydrogen molecule, H₂ (ii) 3 moles of chlorine molecule, Cl₂ (iii) 5 moles of sulphur molecule, S₈ (iv) 4 moles of phosphorous molecule, P₄.
கீழ்க்கண்டவற்றில் எத்தனை கிராம் உள்ளது? (i) 2 மோல் ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறு, H₂ (ii) 3 மோல் குளோரின் மூலக்கூறு, Cl₂ (iii) 5 மோல் சல்பர் மூலக்கூறு, S₈ (iv) 4 மோல் பாஸ்பரஸ் மூலக்கூறு, P₄.
Problem 2: Calculate the % of each element in calcium carbonate (CaCO₃). (Atomic mass: Ca = 40, C = 12, O = 16).
கால்சியம் கார்பனேட்டில் (CaCO₃) உள்ள ஒவ்வொரு தனிமத்தின் சதவீத இயைபைக் காண்க. (அணு நிறை: Ca = 40, C = 12, O = 16).
Problem 3: Calculate the % of oxygen in Al₂(SO₄)₃. (Atomic mass: Al = 27, S = 32, O = 16).
அலுமினியம் சல்பேட்டில் Al₂(SO₄)₃ உள்ள ஆக்சிஜனின் சதவீதத்தைக் காண்க. (அணு நிறை: Al = 27, S = 32, O = 16).
Problem 4: Calculate the % relative abundance of B-10 and B-11, if its average atomic mass is 10.804 amu.
போரானின் சராசரி அணு நிறை 10.804 amu எனில், B-10 மற்றும் B-11 ஐசோடோப்புகளின் சதவீத அளவைக் காண்க.
Problem HOTS 1: Calcium carbonate is decomposed on heating into CaO and CO₂: CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g). (i) How many moles of Calcium carbonate are involved in this reaction? (ii) Calculate the gram molecular mass of calcium carbonate. (iii) How many moles of CO₂ are there in this equation?
கால்சியம் கார்பனேட் வெப்பத்தால் CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) என சிதைவடைகிறது. (i) இவ்வினையில் ஈடுபடும் கால்சியம் கார்பனேட்டின் மோல்கள் எத்தனை? (ii) கால்சியம் கார்பனேட்டின் கிராம் மூலக்கூறு நிறையைக் காண்க. (iii) இவ்வினையில் உருவாகும் CO₂-ன் மோல் எண்ணிக்கை எத்தனை?