Physical Chemistry भौतिक रसायन (Physical Chemistry)

Viscosity श्यानता (Viscosity)

Viscosity is the measure of a fluid's internal resistance to flow arising from intermolecular forces and momentum transfer. It decreases with increasing temperature in liquids but increases in gases. श्यानता (Viscosity) किसी तरल के प्रवाह के प्रति उसके आंतरिक प्रतिरोध का माप है, जो अंतराण्विक बलों (intermolecular forces) और संवेग स्थानांतरण (momentum transfer) के कारण उत्पन्न होता है। द्रवों में तापमान बढ़ने पर यह घटती है, लेकिन गैसों में यह बढ़ती है।

UP PGT Chemistry Subject Code 02 B.Sc. / M.Sc. Level

Origin and Nature of Viscosity in Liquids and Gases द्रवों और गैसों में श्यानता की उत्पत्ति और प्रकृति

In liquids, viscosity arises primarily from strong intermolecular forces (such as hydrogen bonding and dipole-dipole interactions) and molecular entanglement.
In gases, viscosity originates from the transfer of momentum between adjacent molecular layers due to random thermal molecular motion.
The SI unit of dynamic viscosity is pascal-second (Pa s), and the CGS unit is poise (P), where 1 P = 0.1 Pa s.
Fluidity (φ) is defined as the reciprocal of dynamic viscosity and measures how easily a liquid flows.

द्रवों में, श्यानता मुख्य रूप से मजबूत अंतराण्विक बलों (जैसे हाइड्रोजन बॉन्डिंग और द्विध्रुव-द्विध्रुव अन्योन्यक्रिया) और आणविक उलझाव (molecular entanglement) से उत्पन्न होती है।
गैसों में, श्यानता यादृच्छिक तापीय आणविक गति के कारण आसन्न आणविक परतों के बीच संवेग के स्थानांतरण से उत्पन्न होती है।
गतिक श्यानता (dynamic viscosity) की SI इकाई पास्कल-सेकंड (Pa s) है, और CGS इकाई पॉइज़ (P) है, जहाँ 1 P = 0.1 Pa s होता है।
तरलता (Fluidity, φ) को गतिक श्यानता के व्युत्क्रम के रूप में परिभाषित किया गया है और यह मापता है कि कोई द्रव कितनी आसानी से प्रवाहित होता है।

Experimental Measurement Using Ostwald Viscometer ओस्टवाल्ड विस्कोमीटर (Ostwald Viscometer) का उपयोग करके प्रायोगिक मापन

An Ostwald viscometer determines the relative viscosity of a liquid by comparing its efflux time with that of a reference liquid (typically water).
The working relation is η1 / η2 = (t1 ρ1) / (t2 ρ2), where t is time and ρ is density.
Precise temperature control is mandatory because viscosity values change significantly with even minor fluctuations in temperature.
The viscometer must be kept perfectly vertical during timing to ensure constant hydrostatic head pressure.

ओस्टवाल्ड विस्कोमीटर एक संदर्भ द्रव (आमतौर पर पानी) के साथ इसके प्रवाह समय (efflux time) की तुलना करके द्रव की सापेक्ष श्यानता निर्धारित करता है।
कार्यकारी संबंध η1 / η2 = (t1 ρ1) / (t2 ρ2) है, जहाँ t समय है और ρ घनत्व है।
सटीक तापमान नियंत्रण अनिवार्य है क्योंकि तापमान में मामूली उतार-चढ़ाव के साथ श्यानता मान काफी बदल जाते हैं।
समय मापन के दौरान हाइड्रोस्टेटिक हेड दबाव को स्थिर रखने के लिए विस्कोमीटर को पूरी तरह से लंबवत रखा जाना चाहिए।

Factors Affecting Viscosity श्यानता को प्रभावित करने वाले कारक

Temperature causes liquid viscosity to decrease exponentially due to thermal energy overcoming intermolecular attractive forces.
Conversely, gas viscosity increases with temperature because higher molecular velocities accelerate momentum transfer between layers.
Molecular weight and structure increase liquid viscosity; long-chain or branched hydrocarbons exhibit higher resistance to flow due to mechanical interlocking.
Presence of solutes such as electrolytes generally increases the viscosity of water due to ion-dipole hydration sheaths.

तापमान के कारण द्रव की श्यानता तेजी से घटती है क्योंकि तापीय ऊर्जा अंतराण्विक आकर्षण बलों को पार कर लेती है।
इसके विपरीत, गैस की श्यानता तापमान के साथ बढ़ती है क्योंकि उच्च आणविक वेग परतों के बीच संवेग स्थानांतरण को तेज करते हैं।
आणविक भार और संरचना द्रव की श्यानता को बढ़ाते हैं; लंबी श्रृंखला या शाखित हाइड्रोकार्बन यांत्रिक इंटरलॉकिंग के कारण प्रवाह के प्रति उच्च प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं।
इलेक्ट्रोलाइट्स जैसे विलेय की उपस्थिति आमतौर पर आयन-द्विध्रुव जलयोजन आवरण (hydration sheaths) के कारण पानी की श्यानता को बढ़ाती है।

📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण

Poiseuille's Equation for Liquid Flow द्रव प्रवाह के लिए पॉइज़ुइल समीकरण (Poiseuille's Equation)

V = πP r⁴ t / (8η l)

Conditions: Streamline flow through a capillary tube

शर्तें: केशिका नली (capillary tube) के माध्यम से धारा रेखीय प्रवाह (streamline flow)

इकाइयाँ: इकाइयाँ मानक SI प्रणाली में हैं

Relative Viscosity सापेक्ष श्यानता (Relative Viscosity)

η_rel = η / η₀ = (t ρ) / (t₀ ρ₀)

Conditions: Measured using an Ostwald viscometer

शर्तें: ओस्टवाल्ड विस्कोमीटर का उपयोग करके मापा गया

इकाइयाँ: विमाहीन राशि

Temperature Dependence (Arrhenius Equation) तापमान निर्भरता (Arrhenius Equation)

η = A exp(E_a / RT)

Conditions: Liquid phase viscosity over moderate temperature ranges

शर्तें: मध्यम तापमान सीमा पर द्रव चरण की श्यानता

इकाइयाँ: Ea (सक्रियण ऊर्जा) J/mol में

Fluidity तरलता (Fluidity)

φ = 1 / η

Conditions: Inverse measure of viscosity

शर्तें: श्यानता का व्युत्क्रम माप

इकाइयाँ: Pa-1 s-1

Newton's Law of Viscosity न्यूटन का श्यानता नियम (Newton's Law of Viscosity)

τ = η (dv/dx)

Conditions: Laminar flow of Newtonian fluids

शर्तें: न्यूटनियन तरल पदार्थों का स्तरीय प्रवाह (laminar flow)

इकाइयाँ: Pa s (श्यानता गुणांक)

⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ

Exceptionअपवाद Viscosity of liquids decreases uniformly with an increase in temperature.तापमान बढ़ने पर द्रवों की श्यानता समान रूप से घटती है।

Observation: Water between 0°C and 4°C exhibits anomalous behavior. — Structural rearrangement and breakdown of bulky ice-like cluster arrangements cause a slight deviation in the initial thermal trend. प्रेक्षण: 0°C और 4°C के बीच पानी असामान्य व्यवहार प्रदर्शित करता है। — संरचनात्मक पुनर्व्यवस्था और बर्फ जैसे बड़े समूहों के टूटने के कारण प्रारंभिक तापीय प्रवृत्ति में थोड़ा विचलन होता है।

Exceptionअपवाद Viscosity increases with molecular mass in homologous series.समजात श्रेणी (homologous series) में आणविक द्रव्यमान के साथ श्यानता बढ़ती है।

Observation: Highly branched or spherical molecules of equivalent molar mass. — Spherical molecules have smaller surface areas and lesser intermolecular entanglement compared to extended linear chains. प्रेक्षण: समान मोलर द्रव्यमान के अत्यधिक शाखित या गोलाकार अणु। — गोलाकार अणुओं का सतह क्षेत्र छोटा होता है और लंबी रैखिक श्रृंखलाओं की तुलना में कम अंतराण्विक उलझाव होता है।

Exceptionअपवाद Gases increase in viscosity with temperature according to kinetic theory.गतिज सिद्धांत के अनुसार तापमान के साथ गैसों की श्यानता बढ़ती है।

Observation: Very high temperatures or extreme pressures where dense gas behavior dominates. — Intermolecular potentials begin to play a significant role, deviating from pure kinetic momentum transfer models. प्रेक्षण: बहुत उच्च तापमान या अत्यधिक दबाव जहाँ सघन गैस व्यवहार हावी होता है। — अंतराण्विक विभव शुद्ध गतिज संवेग स्थानांतरण मॉडल से विचलित होने लगते हैं।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र

Ostwald Ratio Shortcutओस्टवाल्ड अनुपात शॉर्टकट

η_unknown = η_water × (t_unk ρ_unk) / (t_w ρ_w)

Application: Directly substitute known water viscosity, time ratios, and density ratios to compute unknown viscosity without unit conversions. अनुप्रयोग: इकाई रूपांतरण के बिना अज्ञात श्यानता की गणना करने के लिए ज्ञात पानी की श्यानता, समय अनुपात और घनत्व अनुपात का उपयोग करें।

Temperature Trend Mnemonicतापमान प्रवृत्ति मेमोनिक

Liquid Down, Gas Up

Application: Remember 'LD-GU': Liquid viscosity goes Down with temperature, Gas viscosity goes Up with temperature. अनुप्रयोग: याद रखें 'LD-GU': तापमान के साथ द्रव की श्यानता नीचे (Down) जाती है, गैस की श्यानता ऊपर (Up) जाती है।

Unit Conversion Trickइकाई रूपांतरण ट्रिक

1 Poise = 0.1 Pa·s = 1 g cm^-1 s^-1

Application: Instantly convert CGS poise values to SI Pascal-seconds by multiplying by 0.1. अनुप्रयोग: CGS पॉइज़ मानों को 0.1 से गुणा करके तुरंत SI पास्कल-सेकंड में बदलें।

⚖️ Comparison of Liquid Viscosity vs Gas Viscosity ⚖️ द्रव श्यानता बनाम गैस श्यानता की तुलना

Parameterपैरामीटर	Liquid Viscosityद्रव श्यानता	Gas Viscosityगैस श्यानता
Originउत्पत्ति	Intermolecular attractive forcesअंतराण्विक आकर्षण बल	Intermolecular momentum transferअंतराण्विक संवेग स्थानांतरण
Effect of Temperatureतापमान का प्रभाव	Decreases exponentially with TT के साथ तेजी से घटती है	Increases with square root of TT के वर्गमूल के साथ बढ़ती है
Effect of Pressureदबाव का प्रभाव	Independent of pressure at low valuesकम मान पर दबाव से स्वतंत्र	Independent of pressure over wide rangesव्यापक श्रेणियों में दबाव से स्वतंत्र
Primary Equationप्राथमिक समीकरण	Arrhenius: η = A exp(Ea/RT)Arrhenius: η = A exp(Ea/RT)	Chapman-Enskog kinetic theoryChapman-Enskog गतिज सिद्धांत

🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)

The SI unit of dynamic viscosity is Pa s or kg m-1 s-1.
Viscosity of liquids decreases with temperature following the Arrhenius relation.
Gas viscosity increases with temperature due to increased molecular collision frequency and momentum transfer.
Ostwald viscometer is used to measure relative viscosity of pure liquids and dilute solutions.
Fluidity is defined as the reciprocal of dynamic viscosity (φ = 1/η).
Hydrogen-bonded liquids like glycerol and water show remarkably high viscosity values relative to non-polar hydrocarbons of similar mass.

गतिक श्यानता की SI इकाई Pa s या kg m-1 s-1 है।
द्रवों की श्यानता अरहेनियस संबंध का पालन करते हुए तापमान के साथ घटती है।
बढ़ी हुई आणविक टक्कर आवृत्ति और संवेग स्थानांतरण के कारण तापमान के साथ गैस की श्यानता बढ़ती है।
ओस्टवाल्ड विस्कोमीटर का उपयोग शुद्ध द्रवों और तनु विलयनों की सापेक्ष श्यानता मापने के लिए किया जाता है।
तरलता को गतिक श्यानता के व्युत्क्रम (φ = 1/η) के रूप में परिभाषित किया गया है।
ग्लिसरॉल और पानी जैसे हाइड्रोजन-बॉन्डेड द्रव समान द्रव्यमान वाले गैर-ध्रुवीय हाइड्रोकार्बन की तुलना में काफी उच्च श्यानता मान दिखाते हैं।

🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)

Confusing kinematic viscosity with dynamic viscosity; kinematic viscosity is dynamic viscosity divided by density (ν = η/ρ).
Assuming gas viscosity decreases with temperature like liquids; gases actually become more viscous when heated.
Forgetting to account for liquid density when using an Ostwald viscometer for relative viscosity calculations.
Treating fluid flow as turbulent when applying Poiseuille's equation, which strictly requires laminar or streamline flow.

गतिक श्यानता (kinematic viscosity) को गतिक श्यानता (dynamic viscosity) के साथ भ्रमित करना; गतिक श्यानता घनत्व द्वारा विभाजित गतिक श्यानता है (ν = η/ρ)।
यह मान लेना कि गैस की श्यानता द्रवों की तरह तापमान के साथ घटती है; गर्म होने पर गैसें वास्तव में अधिक श्यान हो जाती हैं।
सापेक्ष श्यानता गणना के लिए ओस्टवाल्ड विस्कोमीटर का उपयोग करते समय द्रव के घनत्व को ध्यान में न रखना।
पॉइज़ुइल समीकरण लागू करते समय द्रव प्रवाह को अशांत (turbulent) मानना, जिसके लिए सख्ती से स्तरीय या धारा रेखीय प्रवाह की आवश्यकता होती है।

Syllabus Sectionपाठ्यक्रम अनुभाग

Physical Chemistryभौतिक रसायन

Branch topics covered under official UP PGT Chemistry curriculum.आधिकारिक UP PGT रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के अंतर्गत शामिल विषय।

Molecular Velocity Of Gases → Mean Free Path → Collision Diameter → Liquefaction Of Gases → Joule Thomson Effect → Ideal Gases →

Full Chemistry Tracker →

Viscosity श्यानता (Viscosity)

Origin and Nature of Viscosity in Liquids and Gases द्रवों और गैसों में श्यानता की उत्पत्ति और प्रकृति

Experimental Measurement Using Ostwald Viscometer ओस्टवाल्ड विस्कोमीटर (Ostwald Viscometer) का उपयोग करके प्रायोगिक मापन

Factors Affecting Viscosity श्यानता को प्रभावित करने वाले कारक

⚡ Quick Revision: Viscosity ⚡ त्वरित रिवीज़न: श्यानता (Viscosity)

Molecular Origin of Viscosity श्यानता की आणविक उत्पत्ति

Quantitative Measurement मात्रात्मक मापन

Thermal Dependence तापीय निर्भरता

Hydrodynamic Laws हाइड्रोडायनामिक नियम

📚 Terms & Units Glossary 📚 पारिभाषिक शब्दावली एवं इकाइयाँ

🎯 Key Takeaways 🎯 महत्वपूर्ण निष्कर्ष (Key Takeaways)

📌 Quick Recall 📌 त्वरित स्मरण (Quick Recall)

⚖️ Key Differences ⚖️ महत्वपूर्ण अंतर (Key Differences)

❓ Practice Questions (19 MCQs)❓ अभ्यास प्रश्न (19 बहुविकल्पीय प्रश्न)

What is the SI unit of dynamic viscosity? गतिक श्यानता (dynamic viscosity) की SI इकाई क्या है?

How does the viscosity of a liquid vary with temperature? तापमान के साथ द्रव की श्यानता कैसे बदलती है?

How does the viscosity of a gas vary with temperature? तापमान के साथ गैस की श्यानता कैसे बदलती है?

Which instrument is used to determine the relative viscosity of liquids? द्रवों की सापेक्ष श्यानता निर्धारित करने के लिए किस उपकरण का उपयोग किया जाता है?

What is the relation between fluidity (φ) and viscosity (η)? तरलता (fluidity, φ) और श्यानता (η) के बीच क्या संबंध है?

What is 1 Poise expressed in SI units? 1 Poise को SI इकाइयों में कैसे व्यक्त किया जाता है?

Which factor primarily determines high viscosity in liquids like glycerol? ग्लिसरॉल जैसे द्रवों में उच्च श्यानता का मुख्य कारण क्या है?

Which of the following is dimensionless? निम्नलिखित में से कौन सा विमाहीन (dimensionless) है?

What is the effect of increasing pressure on the viscosity of most liquids? अधिकांश द्रवों की श्यानता पर दबाव बढ़ाने का क्या प्रभाव पड़ता है?

In the Arrhenius equation for liquid viscosity (η = A exp(E_a/RT)), what does E_a represent? द्रव श्यानता के लिए अरहेनियस समीकरण (η = A exp(E_a/RT)) में, E_a क्या दर्शाता है?

Kinematic viscosity is defined as: गतिकीय श्यानता (kinematic viscosity) को कैसे परिभाषित किया जाता है?

Which of the following has the highest viscosity at room temperature? कमरे के तापमान पर निम्नलिखित में से किसकी श्यानता सबसे अधिक है?

The CGS unit of kinematic viscosity is: गतिकीय श्यानता की CGS इकाई क्या है?

Why do gases exhibit an increase in viscosity with temperature? गैसों की श्यानता तापमान के साथ क्यों बढ़ती है?

In an Ostwald viscometer experiment, density measurements are needed because: ओस्टवाल्ड विस्कोमीटर प्रयोग में, घनत्व माप की आवश्यकता क्यों होती है?

What is the dimensions of dynamic viscosity (η)? गतिक श्यानता (η) की विमाएँ क्या हैं?

🏛️ Exam Trends & Question Pattern🏛️ परीक्षा ट्रेंड एवं प्रश्न पैटर्न

⏱️ Timed Topic Test⏱️ समयबद्ध टॉपिक टेस्ट

Instructionsनिर्देश

Viscosity श्यानता (Viscosity)

Origin and Nature of Viscosity in Liquids and Gases द्रवों और गैसों में श्यानता की उत्पत्ति और प्रकृति

Experimental Measurement Using Ostwald Viscometer ओस्टवाल्ड विस्कोमीटर (Ostwald Viscometer) का उपयोग करके प्रायोगिक मापन

Factors Affecting Viscosity श्यानता को प्रभावित करने वाले कारक

⚡ Quick Revision: Viscosity ⚡ त्वरित रिवीज़न: श्यानता (Viscosity)

Molecular Origin of Viscosity श्यानता की आणविक उत्पत्ति

Quantitative Measurement मात्रात्मक मापन

Thermal Dependence तापीय निर्भरता

Hydrodynamic Laws हाइड्रोडायनामिक नियम

📚 Terms & Units Glossary 📚 पारिभाषिक शब्दावली एवं इकाइयाँ

🎯 Key Takeaways 🎯 महत्वपूर्ण निष्कर्ष (Key Takeaways)

📌 Quick Recall 📌 त्वरित स्मरण (Quick Recall)

⚖️ Key Differences ⚖️ महत्वपूर्ण अंतर (Key Differences)

❓ Practice Questions (19 MCQs)❓ अभ्यास प्रश्न (19 बहुविकल्पीय प्रश्न)

What is the SI unit of dynamic viscosity? गतिक श्यानता (dynamic viscosity) की SI इकाई क्या है?

How does the viscosity of a liquid vary with temperature? तापमान के साथ द्रव की श्यानता कैसे बदलती है?

How does the viscosity of a gas vary with temperature? तापमान के साथ गैस की श्यानता कैसे बदलती है?

Which instrument is used to determine the relative viscosity of liquids? द्रवों की सापेक्ष श्यानता निर्धारित करने के लिए किस उपकरण का उपयोग किया जाता है?

What is the relation between fluidity (φ) and viscosity (η)? तरलता (fluidity, φ) और श्यानता (η) के बीच क्या संबंध है?

What is 1 Poise expressed in SI units? 1 Poise को SI इकाइयों में कैसे व्यक्त किया जाता है?

Which factor primarily determines high viscosity in liquids like glycerol? ग्लिसरॉल जैसे द्रवों में उच्च श्यानता का मुख्य कारण क्या है?

Which of the following is dimensionless? निम्नलिखित में से कौन सा विमाहीन (dimensionless) है?

What is the effect of increasing pressure on the viscosity of most liquids? अधिकांश द्रवों की श्यानता पर दबाव बढ़ाने का क्या प्रभाव पड़ता है?

In the Arrhenius equation for liquid viscosity (η = A exp(Ea/RT)), what does Ea represent? द्रव श्यानता के लिए अरहेनियस समीकरण (η = A exp(Ea/RT)) में, Ea क्या दर्शाता है?

Kinematic viscosity is defined as: गतिकीय श्यानता (kinematic viscosity) को कैसे परिभाषित किया जाता है?

Which of the following has the highest viscosity at room temperature? कमरे के तापमान पर निम्नलिखित में से किसकी श्यानता सबसे अधिक है?

The CGS unit of kinematic viscosity is: गतिकीय श्यानता की CGS इकाई क्या है?

Why do gases exhibit an increase in viscosity with temperature? गैसों की श्यानता तापमान के साथ क्यों बढ़ती है?

In an Ostwald viscometer experiment, density measurements are needed because: ओस्टवाल्ड विस्कोमीटर प्रयोग में, घनत्व माप की आवश्यकता क्यों होती है?

What is the dimensions of dynamic viscosity (η)? गतिक श्यानता (η) की विमाएँ क्या हैं?

🏛️ Exam Trends & Question Pattern🏛️ परीक्षा ट्रेंड एवं प्रश्न पैटर्न

⏱️ Timed Topic Test⏱️ समयबद्ध टॉपिक टेस्ट

Instructionsनिर्देश

Test Resultपरीक्षा परिणाम

In the Arrhenius equation for liquid viscosity (η = A exp(E_a/RT)), what does E_a represent? द्रव श्यानता के लिए अरहेनियस समीकरण (η = A exp(E_a/RT)) में, E_a क्या दर्शाता है?