1. Explain why scuba divers use air diluted with helium to avoid the painful condition known as 'bends'.
1. समझाइए कि स्कूबा डाइवर्स 'बेंड्स' नामक दर्दनाक स्थिति से बचने के लिए हीलियम से पतली की गई हवा का उपयोग क्यों करते हैं।
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Detailed Answer
Scuba divers breathe compressed air while diving deep underwater. This air
usually contains nitrogen and oxygen. At great depths, the surrounding
pressure becomes very high.
According to Henry's law, the solubility of a gas in a liquid increases when the pressure of that gas increases. Therefore, under high pressure, more nitrogen from the breathing air dissolves in the diver's blood and body tissues.
According to Henry's law, the solubility of a gas in a liquid increases when the pressure of that gas increases. Therefore, under high pressure, more nitrogen from the breathing air dissolves in the diver's blood and body tissues.
What happens during rapid ascent?
When a diver returns to the surface too quickly, the external pressure
decreases rapidly. The nitrogen dissolved in the blood and tissues then
comes out of solution and forms tiny gas bubbles.
These nitrogen bubbles can block blood vessels and damage tissues. They may cause severe pain in joints and muscles, breathing difficulty, dizziness, and other serious symptoms. This condition is called decompression sickness, commonly known as the 'bends'.
These nitrogen bubbles can block blood vessels and damage tissues. They may cause severe pain in joints and muscles, breathing difficulty, dizziness, and other serious symptoms. This condition is called decompression sickness, commonly known as the 'bends'.
Why is Helium used?
Helium is used instead of a large proportion of nitrogen because helium is
much less soluble in blood and body tissues than nitrogen.
Therefore, when helium is used in the breathing mixture, much less inert gas dissolves in the diver's tissues at high pressure.
During ascent, there is consequently a much smaller tendency for gas bubbles to form.
Therefore, when helium is used in the breathing mixture, much less inert gas dissolves in the diver's tissues at high pressure.
During ascent, there is consequently a much smaller tendency for gas bubbles to form.
High Pressure → More N₂ dissolves in tissues
Rapid Ascent → N₂ bubbles form → Bends
Helium mixture → Less dissolved inert gas → Lower risk of bends
Rapid Ascent → N₂ bubbles form → Bends
Helium mixture → Less dissolved inert gas → Lower risk of bends
Why not simply use pure oxygen?
Pure oxygen is not normally used for deep diving because oxygen itself can
become toxic at sufficiently high partial pressures. Therefore, specially
prepared breathing mixtures such as helium–oxygen (Heliox) may be used
for deep diving.
Helium is also chemically inert and has a low density, which makes breathing easier at great depths.
Helium is also chemically inert and has a low density, which makes breathing easier at great depths.
Role of Henry's Law
Henry's law explains the basic reason behind the bends:
At constant temperature, the solubility of a gas in a liquid is directly proportional to the partial pressure of that gas above the liquid.
At constant temperature, the solubility of a gas in a liquid is directly proportional to the partial pressure of that gas above the liquid.
C ∝ P
or
C = kP
or
C = kP
Final Answer
Scuba divers use helium-diluted air because helium is less soluble in blood
and tissues than nitrogen. At high pressure, less helium dissolves in the
body, and during ascent there is less formation of gas bubbles. This reduces
the risk of decompression sickness, commonly called the 'bends'.
विस्तृत उत्तर
स्कूबा डाइवर्स जब पानी के अंदर गहराई तक जाते हैं, तो वे संपीडित हवा
(compressed air) में सांस लेते हैं। इस हवा में मुख्यतः नाइट्रोजन और
ऑक्सीजन होती है। अधिक गहराई पर पानी का दबाव बहुत अधिक हो जाता है।
हेनरी के नियम (Henry's Law) के अनुसार किसी द्रव में गैस की विलेयता उस गैस के आंशिक दाब के बढ़ने पर बढ़ती है। इसलिए अधिक दबाव पर सांस लेने वाली हवा का अधिक नाइट्रोजन रक्त और शरीर के ऊतकों में घुल जाता है।
हेनरी के नियम (Henry's Law) के अनुसार किसी द्रव में गैस की विलेयता उस गैस के आंशिक दाब के बढ़ने पर बढ़ती है। इसलिए अधिक दबाव पर सांस लेने वाली हवा का अधिक नाइट्रोजन रक्त और शरीर के ऊतकों में घुल जाता है।
तेजी से ऊपर आने पर क्या होता है?
यदि गोताखोर बहुत तेजी से पानी की सतह की ओर आता है, तो बाहरी दबाव तेजी से
कम हो जाता है। शरीर के ऊतकों और रक्त में घुला हुआ नाइट्रोजन गैस के रूप में
बाहर निकलने लगता है और छोटे-छोटे बुलबुले बना सकता है।
ये नाइट्रोजन के बुलबुले रक्त वाहिकाओं को अवरुद्ध कर सकते हैं और ऊतकों को नुकसान पहुँचा सकते हैं। इससे जोड़ों और मांसपेशियों में तेज दर्द, चक्कर, सांस लेने में कठिनाई तथा अन्य गंभीर समस्याएँ हो सकती हैं। इस स्थिति को Decompression Sickness या सामान्य रूप से 'Bends' कहते हैं।
ये नाइट्रोजन के बुलबुले रक्त वाहिकाओं को अवरुद्ध कर सकते हैं और ऊतकों को नुकसान पहुँचा सकते हैं। इससे जोड़ों और मांसपेशियों में तेज दर्द, चक्कर, सांस लेने में कठिनाई तथा अन्य गंभीर समस्याएँ हो सकती हैं। इस स्थिति को Decompression Sickness या सामान्य रूप से 'Bends' कहते हैं।
हीलियम का उपयोग क्यों किया जाता है?
हीलियम का उपयोग नाइट्रोजन के एक बड़े भाग के स्थान पर किया जाता है क्योंकि
हीलियम रक्त और शरीर के ऊतकों में नाइट्रोजन की तुलना में बहुत कम घुलता है।
इसलिए उच्च दबाव पर शरीर में कम मात्रा में inert gas घुलती है। जब गोताखोर ऊपर आता है, तो गैस के बुलबुले बनने की संभावना कम हो जाती है।
इसलिए उच्च दबाव पर शरीर में कम मात्रा में inert gas घुलती है। जब गोताखोर ऊपर आता है, तो गैस के बुलबुले बनने की संभावना कम हो जाती है।
अधिक दबाव → अधिक N₂ ऊतकों में घुलता है
तेजी से ऊपर आना → N₂ के बुलबुले → Bends
Helium mixture → कम घुली हुई inert gas → Bends का कम जोखिम
तेजी से ऊपर आना → N₂ के बुलबुले → Bends
Helium mixture → कम घुली हुई inert gas → Bends का कम जोखिम
शुद्ध ऑक्सीजन का उपयोग क्यों नहीं?
बहुत अधिक गहराई पर ऑक्सीजन का आंशिक दाब बढ़ जाता है। पर्याप्त अधिक
partial pressure पर ऑक्सीजन toxic प्रभाव उत्पन्न कर सकती है। इसलिए
deep diving में उपयुक्त breathing mixtures, जैसे Heliox (helium + oxygen),
का उपयोग किया जा सकता है।
हीलियम एक रासायनिक रूप से निष्क्रिय गैस है और इसकी density कम होने के कारण अधिक गहराई पर सांस लेना भी अपेक्षाकृत आसान होता है।
हीलियम एक रासायनिक रूप से निष्क्रिय गैस है और इसकी density कम होने के कारण अधिक गहराई पर सांस लेना भी अपेक्षाकृत आसान होता है।
हेनरी के नियम की भूमिका
हेनरी का नियम bends को समझने में महत्वपूर्ण है। इसके अनुसार स्थिर तापमान
पर किसी द्रव में गैस की विलेयता उस गैस के आंशिक दाब के समानुपाती होती है।
C ∝ P
या
C = kP
या
C = kP
अंतिम उत्तर
स्कूबा डाइवर्स हीलियम से मिश्रित हवा का उपयोग इसलिए करते हैं क्योंकि
हीलियम नाइट्रोजन की तुलना में रक्त और ऊतकों में कम घुलता है। अधिक दबाव पर
शरीर में कम inert gas घुलती है और ऊपर आते समय गैस के बुलबुले बनने की
संभावना कम हो जाती है। इससे Decompression Sickness या 'Bends' का खतरा
कम होता है।
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30 Related MCQs
30 संबंधित बहुविकल्पीय प्रश्न
1. The painful condition commonly known as 'bends' is:
A. Hypothermia
B. Decompression sickness
C. Heat stroke
D. Anaemia
Answer: B. Decompression sickness
2. Which gas mainly causes the bends?
A. Oxygen
B. Hydrogen
C. Nitrogen
D. Helium
Answer: C. Nitrogen
3. Which law explains the increased solubility of nitrogen at high pressure?
A. Boyle's law
B. Charles' law
C. Henry's law
D. Graham's law
Answer: C. Henry's law
4. According to Henry's law, gas solubility is proportional to:
A. Temperature only
B. Partial pressure of gas
C. Volume of container
D. Molecular mass only
Answer: B. Partial pressure of gas
5. At greater underwater depth, pressure:
A. Decreases
B. Remains zero
C. Increases
D. Becomes negative
Answer: C. Increases
6. At high pressure, more nitrogen tends to:
A. Escape from blood
B. Dissolve in tissues
C. React chemically with water
D. Become oxygen
Answer: B. Dissolve in tissues
7. The gas used to replace much of nitrogen in deep-diving mixtures is:
A. Carbon dioxide
B. Helium
C. Chlorine
D. Neon
Answer: B. Helium
8. Helium is preferred because it is relatively:
A. Highly reactive
B. Toxic
C. Inert
D. Combustible
Answer: C. Inert
9. Helium is less soluble in body tissues than:
A. Nitrogen
B. Oxygen
C. Hydrogen
D. Fluorine
Answer: A. Nitrogen
10. Rapid ascent from deep water causes pressure to:
A. Increase rapidly
B. Decrease rapidly
C. Remain constant
D. Become infinite
Answer: B. Decrease rapidly
11. During rapid ascent, dissolved nitrogen may form:
A. Solid particles
B. Gas bubbles
C. Salts
D. Water droplets
Answer: B. Gas bubbles
12. Gas bubbles formed during decompression can:
A. Improve circulation
B. Block blood vessels
C. Increase oxygen production
D. Produce water
Answer: B. Block blood vessels
13. A mixture of helium and oxygen is called:
A. Nitrox
B. Heliox
C. Syngas
D. Producer gas
Answer: B. Heliox
14. Helium has a relatively:
A. High density
B. Low density
C. Very high toxicity
D. High reactivity
Answer: B. Low density
15. Which gas is chemically inert?
A. Helium
B. Oxygen
C. Chlorine
D. Hydrogen
Answer: A. Helium
16. The main gas responsible for nitrogen narcosis is:
A. Nitrogen
B. Helium
C. Oxygen
D. Argon
Answer: A. Nitrogen
17. The solubility of a gas in a liquid generally increases when pressure:
A. Increases
B. Decreases
C. Becomes zero
D. Is irrelevant
Answer: A. Increases
18. Henry's law is related to:
A. Solubility of gases in liquids
B. Atomic radius
C. Ionization energy
D. Chemical equilibrium only
Answer: A. Solubility of gases in liquids
19. The concentration of dissolved gas is represented by:
A. C
B. P only
C. T only
D. V only
Answer: A. C
20. The Henry's law relation can be written as:
A. C = kP
B. PV = nRT
C. E = mc²
D. P = F/A
Answer: A. C = kP
21. Why is pure oxygen not generally used for deep diving?
A. It is always insoluble
B. High oxygen partial pressure can become toxic
C. It has no oxygen atoms
D. It freezes immediately
Answer: B. High oxygen partial pressure can become toxic
22. Helium is classified as a:
A. Noble gas
B. Halogen
C. Alkali metal
D. Chalcogen
Answer: A. Noble gas
23. Helium belongs to:
A. Group 1
B. Group 2
C. Group 17
D. Group 18
Answer: D. Group 18
24. The 'bends' are primarily associated with:
A. Rapid decompression
B. Slow heating
C. Freezing
D. Low humidity
Answer: A. Rapid decompression
25. Which factor determines the amount of gas dissolved according to Henry's law?
A. Partial pressure
B. Atomic number
C. Neutron number
D. Crystal structure
Answer: A. Partial pressure
26. Deep-sea divers experience higher pressure mainly because of:
A. Water column above them
B. Atmospheric heating
C. Sunlight
D. Wind
Answer: A. Water column above them
27. Which mixture may be used for deep diving?
A. Helium + oxygen
B. Chlorine + oxygen
C. Fluorine + oxygen
D. Hydrogen + chlorine
Answer: A. Helium + oxygen
28. The bubbles responsible for decompression sickness are mainly:
A. Nitrogen bubbles
B. Helium crystals
C. Oxygen solids
D. Water bubbles
Answer: A. Nitrogen bubbles
29. Which property of helium makes it useful as a deep-diving gas?
A. High chemical reactivity
B. Low density and low solubility compared with nitrogen
C. High toxicity
D. Ability to burn
Answer: B. Low density and low solubility compared with nitrogen
30. The best explanation for using helium in deep-diving breathing mixtures is:
A. It increases nitrogen absorption
B. It reduces the amount of nitrogen dissolving in tissues
C. It produces oxygen inside the lungs
D. It increases water pressure
Answer: B. It reduces the amount of nitrogen dissolving in tissues
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