ভ্যান ডার ওয়ালস হলেন একজন ডাচ পদার্থবিজ্ঞানী, জে. ডি. ভ্যান ডার ওয়ালস (১৮৩৭-১৯২৩)। ভ্যান ডার ওয়ালস অবস্থার সমীকরণটি হলো একটি গ্যাসের অবস্থার সমীকরণ, যা আদর্শ গ্যাসের অবস্থার সমীকরণের অনুরূপ। পার্থক্য হলো, বাস্তব গ্যাসের চাপ এবং ঘনত্ব যথেষ্ট বেশি হলে আদর্শ গ্যাসের অবস্থার সমীকরণ সঠিক ফলাফল দিতে পারে না। অপরপক্ষে, ভ্যান ডার ওয়ালস অবস্থার সমীকরণ আরও সঠিক ফলাফল দিতে পারে।
এই সমীকরণের উদ্ভব ভ্যান ডার ওয়ালসের হাত ধরে, যিনি আদর্শ অবস্থার সমীকরণের সীমাবদ্ধতা উপলব্ধি করেছিলেন। ওয়ালস আদর্শ গ্যাসের অবস্থার সমীকরণটিকে সংশোধন করেন এবং এর সাথে এমন কয়েকটি উপাদান যোগ করেন যা বাস্তব গ্যাসের অবস্থাকেও প্রভাবিত করে, বিশেষত যখন বাস্তব গ্যাসের চাপ ও ঘনত্ব বেশি থাকে।
গ্যাসের চাপ আয়তনের ব্যস্তানুপাতিক। গ্যাসের চাপ বাড়লে গ্যাসের আয়তন কমে যায়। বিপরীতভাবে, গ্যাসের আয়তন কমলে গ্যাসের চাপ বেড়ে যায়। গ্যাসের আয়তন কমলে গ্যাসের ঘনত্ব বেড়ে যায় (ঘনত্ব = ভর / আয়তন)। বলা যেতে পারে যে, চাপ ঘনত্বের সমানুপাতিক। গ্যাসের চাপ বেশি হলে গ্যাসের ঘনত্বও বেশি হয়। বিপরীতভাবে, গ্যাসের চাপ কম হলে গ্যাসের ঘনত্বও কম হয়। গ্যাসের চাপ তাপমাত্রারও সমানুপাতিক। গ্যাসের চাপ বাড়লে গ্যাসের তাপমাত্রাও বাড়ে। আমরা এই সিদ্ধান্তে আসতে পারি যে, গ্যাসের চাপ বাড়লে গ্যাসের তাপমাত্রা ও ঘনত্ব বাড়ে, কিন্তু গ্যাসের আয়তন কমে যায়।
যখন গ্যাসের আয়তন কমে যায়, তখন অণুগুলোর মধ্যকার দূরত্ব কমে আসে। অণুগুলোর মধ্যকার দূরত্ব কমে এলে, অণুগুলো পরস্পরকে আকর্ষণ করে। এটা অনেকটা এক টুকরো লোহাকে চুম্বকের কাছে আনার মতো। যদি চুম্বক এবং লোহার মধ্যে দূরত্ব যথেষ্ট বেশি হয়, তবে চুম্বক লোহাকে টানতে পারে না। কিন্তু যদি চুম্বক এবং লোহার মধ্যে দূরত্ব কম হয়, তবে লোহা কাছে চলে আসে। যখন অণুগুলো সংঘর্ষে লিপ্ত হতে যায়, তখন অণুর বাইরের দিকের ইলেকট্রনগুলো পরস্পরকে বিকর্ষণ করে (বৈদ্যুতিক বিকর্ষণ)। ফলে, অণুগুলো একসাথে লেগে থাকতে পারে না। এই সংক্ষিপ্ত বর্ণনা থেকে বলা যায় যে, অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বল গ্যাসের অবস্থাকে প্রভাবিত করে।
যখন গ্যাসের চাপ যথেষ্ট বেশি হয় এবং গ্যাসের আয়তন কমে যায়, তখন অণুগুলোর মধ্যকার দূরত্ব কমে আসে। কারণ অণুগুলোরও একটি আকার আছে (পারমাণবিক ব্যাস = ১০)-10 m), তাহলে আমাদের এই অণুগুলোর আয়তনও বিবেচনা করতে হবে।
ভ্যান ডার ওয়ালস আণবিক আয়তন এবং অণুগুলোর মধ্যে সংঘটিত মিথস্ক্রিয়া বিবেচনা করে অবস্থার সমীকরণকে সরলীকরণ করেন। ভ্যান ডার ওয়ালস কর্তৃক প্রতিপাদিত সমীকরণটি হলো আদর্শ গ্যাস অবস্থার সমীকরণ PV = n R T-এর পরিবর্তনের ফল। ভ্যান ডার ওয়ালসের অবস্থার সমীকরণ:
P = গ্যাসের চাপ (N / m)2 = পা)
V = গ্যাসের আয়তন (m³)3)
R = সার্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক (R = 8.315 J / mol. K = 8315 kJ / kmol. K)
T = তাপমাত্রা (কেলভিন)
a = পরীক্ষামূলক ধ্রুবক (এর মান গ্যাস অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বলের উপর নির্ভর করে)
b = পরীক্ষামূলক ধ্রুবক (যা এক মোল গ্যাস অণুর আয়তনকে নির্দেশ করে)
n = মোল সংখ্যা (mol)
bn = গ্যাস অণুর মোট আয়তন
ধ্রুবক a এবং b পরীক্ষার মাধ্যমে নির্ণয় করা হয়। ধ্রুবক a এবং b-এর মান গ্যাসের প্রকারভেদের উপর নির্ভর করে।
n2 / ভি2 = মোল সংখ্যা (n) এবং গ্যাসের আয়তনের (V) বর্গের দ্বিঘাত অনুপাত। n-এর মান2 / ভি2 এটি গ্যাসের চাপ এবং ঘনত্বের উপর নির্ভর করে। যদি গ্যাসের চাপ (P) বেশি হয়, তবে গ্যাসের আয়তন (V) কম হয়। V যত কম হবে, গ্যাসের আয়তন তত বেশি হবে।2 / ভি2যখন গ্যাসের আয়তন কম (n2 / ভি2 (বড় হলে) অণুগুলোর মধ্যে দূরত্ব কমে আসে। অণুগুলোর মধ্যে দূরত্ব যত কম হয়, তাদের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া (সংঘর্ষ, আকর্ষণ) তত বেশি হয়। অতএব, n2 / ভি2 একটি ধ্রুবকের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক (ভ্যান ডার ওয়ালস সমীকরণের সাথে তুলনা করুন)। n-এর মান যত বেশি হবে2 / ভি2অণুগুলোর মধ্যে আকর্ষণ যত বেশি (a)।
বিপরীতভাবে, যদি গ্যাসের চাপ (P) কম হয়, তাহলে গ্যাসের আয়তন (V) বেড়ে যায়। V যত বেশি হয়, n তত কম হয়।2 / ভি2n যত কম হবে2 / ভি2অণুগুলোর মধ্যে আকর্ষণ শক্তি যত কম হবে।
(V – bn) = গ্যাসের আয়তন এবং গ্যাস অণুগুলোর মোট আয়তনের মধ্যে পার্থক্য। ধ্রুবক b এক মোল গ্যাস অণুর আয়তনকে বোঝায়। n = মোলের সংখ্যা। b এবং n-এর মধ্যবর্তী সময়ের গুণফল (bn) = গ্যাস অণুগুলোর মোট আয়তন। যদি গ্যাসের চাপ (P) বৃদ্ধি পায়, তবে গ্যাসের আয়তন (V) হ্রাস পায়।
V যত ছোট হয়, (V – bn) তত ছোট হয়। এর মানে হলো অণুগুলোর মধ্যে দূরত্ব বাড়ে এবং স্বাভাবিকভাবেই, অণুগুলোর মধ্যে আকর্ষণও বাড়ে। বিপরীতভাবে, গ্যাসের চাপ কমলে গ্যাসের আয়তন বাড়ে। গ্যাসের আয়তন যত বেশি হয়, (V – bn) তত বেশি হয়। (V – bn) যত বড় হয়, গ্যাসের অণুগুলোর মধ্যে আকর্ষণ তত কমে যায়।
বলা যায় যে, ভ্যান ডার ওয়ালস অবস্থার সমীকরণটি আদর্শ গ্যাস সমীকরণের চেয়ে বাস্তব গ্যাসের অবস্থাকে আরও নির্ভুলভাবে বর্ণনা করে। যখন চাপ এবং গ্যাসের ঘনত্ব যথেষ্ট বেশি হয়, তখন ভ্যান ডার ওয়ালস সমীকরণটি আরও নির্ভুল ফলাফল দেয়। যদি গ্যাসের চাপ খুব বেশি না হয়, তাহলে (একটি2 / ভি2) এবং (V-bn) উপেক্ষা করা যেতে পারে, ফলে ভ্যান ডার ওয়ালস অবস্থার সমীকরণটি একটি আদর্শ গ্যাস অবস্থার সমীকরণে পরিবর্তিত হয়।
