वैन डेर वाल्स डच भौतिक विज्ञानी जे.डी. वैन डेर वाल्स (1837-1923) का नाम है। वैन डेर वाल्स अवस्था समीकरण एक गैस का अवस्था समीकरण है, जो आदर्श गैस के अवस्था समीकरण के समान है। अंतर यह है कि आदर्श गैस का अवस्था समीकरण वास्तविक गैस के दाब और घनत्व अधिक होने पर सटीक परिणाम नहीं दे सकता। जबकि वैन डेर वाल्स अवस्था समीकरण अधिक सटीक परिणाम दे सकता है।
इस समीकरण का स्रोत वैन डेर वाल्स हैं, जिन्होंने आदर्श अवस्था के समीकरण की सीमाओं को पहचाना। वाल्स ने आदर्श गैस की अवस्था के समीकरण को संशोधित किया और उसमें कई ऐसे कारक जोड़े जो वास्तविक गैस की स्थिति को भी प्रभावित करते हैं, खासकर जब वास्तविक गैस का दबाव और घनत्व अधिक हो।
गैस का दाब आयतन के व्युत्क्रमानुपाती होता है। यदि गैस का दाब बढ़ता है, तो उसका आयतन घटता है। इसके विपरीत, यदि गैस का आयतन घटता है, तो दाब बढ़ता है। जब गैस का आयतन घटता है, तो उसका घनत्व बढ़ता है (घनत्व = द्रव्यमान / आयतन)। यह कहा जा सकता है कि दाब घनत्व के समानुपाती होता है। यदि गैस का दाब अधिक होता है, तो उसका घनत्व भी अधिक होता है। इसके विपरीत, यदि गैस का दाब कम होता है, तो उसका घनत्व भी कम होता है। गैस का दाब तापमान के भी समानुपाती होता है। यदि गैस का दाब बढ़ता है, तो उसका तापमान भी बढ़ता है। हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि यदि गैस का दाब बढ़ता है, तो गैस का तापमान और घनत्व दोनों बढ़ते हैं, जबकि गैस का आयतन घटता है।
जब गैस का आयतन घटता है, तो अणुओं के बीच की दूरी कम हो जाती है। जब अणुओं के बीच की दूरी कम हो जाती है, तो वे एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। यह वैसा ही है जैसे लोहे के एक टुकड़े को चुंबक के पास लाया जाए। यदि चुंबक और लोहे के बीच की दूरी काफी अधिक हो, तो चुंबक लोहे को खींच नहीं सकता। लेकिन यदि दूरी कम हो, तो लोहा चुंबक की ओर खिंचा चला जाता है। जब अणु आपस में टकराने वाले होते हैं, तो अणु के बाहरी भाग पर मौजूद इलेक्ट्रॉन एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं (विद्युत प्रतिकर्षण)। परिणामस्वरूप, अणु आपस में चिपक नहीं पाते। इस संक्षिप्त विवरण से यह कहा जा सकता है कि अणुओं के बीच का खिंचाव बल गैस की स्थिति को प्रभावित करता है।
जब गैस का दाब पर्याप्त रूप से अधिक होता है और गैस का आयतन कम हो जाता है, तो अणुओं के बीच की दूरी कम हो जाती है। चूंकि अणुओं का भी आकार होता है (परमाणु व्यास = 10⁻¹⁰ मीटर ), इसलिए हमें इन अणुओं के आयतन पर भी विचार करना होगा।
वान डेर वाल्स आणविक आयतन और अणुओं के बीच होने वाली अंतःक्रियाओं को ध्यान में रखते हुए अवस्था समीकरण को सरल बनाते हैं। वान डेर वाल्स द्वारा व्युत्पन्न समीकरण आदर्श गैस अवस्था समीकरण PV = n R T के संशोधन का परिणाम है। वान डेर वाल्स अवस्था समीकरण:
P = गैस का दाब (N/m² = Pa)
V = गैस का आयतन ( m³ )
R = सार्वभौमिक गैस स्थिरांक (R = 8.315 J / mol. K = 8315 kJ / kmol. K)
T = तापमान (केएल)
a = आनुभविक स्थिरांक (इसका मान गैस के अणुओं के बीच आकर्षण बल पर निर्भर करता है)
b = आनुभविक स्थिरांक (जो गैस अणुओं के एक मोल के आयतन को दर्शाता है)
n = मोलों की संख्या (mol)
bn = गैस अणुओं का कुल आयतन
स्थिरांक a और b प्रयोगों के माध्यम से प्राप्त किए जाते हैं। स्थिरांक a और b के मान गैस के प्रकार पर निर्भर करते हैं।
n2 / वी2 = गैस के आयतन (V) के वर्ग के साथ मोलों की संख्या (n) का द्विघात अनुपात। n का मान2 / वी2 यह गैस के दबाव और घनत्व पर निर्भर करता है। यदि गैस का दबाव (P) अधिक है, तो गैस का आयतन (V) कम होगा। V जितना कम होगा, आयतन उतना ही अधिक होगा।2 / वी2जब गैस का आयतन छोटा होता है (n2 / वी2 अणुओं के बीच की दूरी जितनी कम होती है, उनके बीच की परस्पर क्रिया (टकराव, एक दूसरे को खींचना) उतनी ही अधिक होती है। इसलिए, n2 / वी2 यह एक स्थिरांक के सीधे समानुपाती होता है (वैन डेर वाल्स समीकरण से तुलना करें)। n का मान जितना अधिक होगा, उतना ही अधिक होगा।2 / वी2अणुओं के बीच आकर्षण जितना अधिक होगा (a)।
इसके विपरीत, यदि गैस का दाब (P) कम है, तो गैस का आयतन (V) बढ़ जाता है। V जितना अधिक होगा, n उतना ही छोटा होगा।2 / वी2जितना कम n होगा2 / वी2अणुओं के बीच आकर्षण बल जितना कम होगा, उतना ही अधिक आकर्षण बल होगा।
(V – bn) = गैस के आयतन और गैस के अणुओं के कुल आयतन का अंतर। स्थिरांक b गैस के अणुओं के एक मोल के आयतन को दर्शाता है। n = मोलों की संख्या। b और n के बीच के समय का गुणनफल (bn) = गैस के अणुओं का कुल आयतन। यदि गैस का दाब (P) अधिक हो जाता है, तो गैस का आयतन (V) कम हो जाता है।
V जितना छोटा होगा, (V – bn) उतना ही छोटा होगा। इसका अर्थ है कि अणुओं के बीच की दूरी बढ़ जाती है और स्वाभाविक रूप से अणुओं के बीच आकर्षण भी बढ़ जाता है। इसके विपरीत, यदि गैस का दाब कम होता है, तो गैस का आयतन बढ़ जाता है। गैस का आयतन जितना अधिक होगा, (V – bn) उतना ही अधिक होगा। (V – bn) जितना बड़ा होगा, गैस के अणुओं के बीच आकर्षण उतना ही कम होगा।
हम कह सकते हैं कि वैन डेर वाल्स अवस्था का समीकरण आदर्श गैस समीकरण की तुलना में वास्तविक गैस अवस्था का अधिक सटीक वर्णन करता है। जब दाब और गैस घनत्व पर्याप्त रूप से अधिक होते हैं, तो वैन डेर वाल्स समीकरण अधिक सटीक परिणाम देता है। यदि गैस का दाब बहुत अधिक नहीं है, तो (an² / V² ) और (V-bn) को अनदेखा किया जा सकता है, जिससे वैन डेर वाल्स अवस्था समीकरण आदर्श गैस अवस्था समीकरण में परिवर्तित हो जाता है।
