ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಎಂಬುದು ಡಚ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಜೆ.ಡಿ. ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ (1837–1923) ಅವರ ಹೆಸರು. ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಸ್ಥಿತಿಯ ಸಮೀಕರಣವು ವಾಸ್ತವವಾಗಿ ಸ್ಥಿತಿಯ ಅನಿಲ ಸಮೀಕರಣವಾಗಿದ್ದು, ಸ್ಥಿತಿಯ ಆದರ್ಶ ಅನಿಲ ಸಮೀಕರಣದಂತೆಯೇ ಇರುತ್ತದೆ . ವ್ಯತ್ಯಾಸವೆಂದರೆ ನೈಜ ಅನಿಲದ ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಸಾಕಷ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದ್ದರೆ ಆದರ್ಶ ಅನಿಲ ಸಮೀಕರಣವು ನಿಖರವಾದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ನೀಡಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಸ್ಥಿತಿಯ ಸಮೀಕರಣವು ಹೆಚ್ಚು ನಿಖರವಾದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ.
ಈ ಸಮೀಕರಣವು ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಅವರಿಂದ ಹುಟ್ಟಿಕೊಂಡಿತು, ಅವರು ಸ್ಥಿತಿಯ ಆದರ್ಶ ಅನಿಲ ಸಮೀಕರಣದ ಮಿತಿಗಳನ್ನು ಗುರುತಿಸಿದರು. ನೈಜ ಅನಿಲದ ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಸಾಕಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿರುವಾಗ ನೈಜ ಅನಿಲದ ಸ್ಥಿತಿಯ ಮೇಲೆ ಪ್ರಭಾವ ಬೀರುವ ಹಲವಾರು ಅಂಶಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ವಾಲ್ಸ್ ಸ್ಥಿತಿಯ ಆದರ್ಶ ಅನಿಲ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಮಾರ್ಪಡಿಸಿದರು.
ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ, ಅನಿಲದ ಉಷ್ಣತೆ ಮತ್ತು ಸಾಂದ್ರತೆಯೂ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಅನಿಲದ ಪ್ರಮಾಣವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.
ಅನಿಲ ಒತ್ತಡವು ಪರಿಮಾಣಕ್ಕೆ ವಿಲೋಮ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ ಹೆಚ್ಚಾದರೆ, ಪರಿಮಾಣ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ಅನಿಲ ಪರಿಮಾಣ ಕಡಿಮೆಯಾದರೆ, ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಅನಿಲ ಪರಿಮಾಣ ಕಡಿಮೆಯಾದಾಗ, ಅನಿಲ ಸಾಂದ್ರತೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ (ಸಾಂದ್ರತೆ = ಸಾಂದ್ರತೆ = ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ / ಪರಿಮಾಣ). ಒತ್ತಡವು ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ನೇರವಾಗಿ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಹೇಳಬಹುದು. ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ ಹೆಚ್ಚಿದ್ದರೆ, ಅನಿಲ ಸಾಂದ್ರತೆಯೂ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದ್ದರೆ, ಅನಿಲ ಸಾಂದ್ರತೆಯೂ ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತದೆ. ಅನಿಲ ಒತ್ತಡವು ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ನೇರವಾಗಿ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ ಹೆಚ್ಚಾದರೆ, ಅನಿಲ ತಾಪಮಾನ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ ಹೆಚ್ಚಾದರೆ, ಅನಿಲ ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಸಾಂದ್ರತೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಅನಿಲ ಪರಿಮಾಣ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಾವು ತೀರ್ಮಾನಿಸಬಹುದು.
ಅನಿಲದ ಪರಿಮಾಣ ಕಡಿಮೆಯಾದಾಗ, ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಅಂತರವು ಹತ್ತಿರವಾಗುತ್ತದೆ. ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಅಂತರವು ಹತ್ತಿರವಾದಂತೆ, ಅಣುಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಆಕರ್ಷಿಸುತ್ತವೆ. ಇದು ಕಬ್ಬಿಣದ ತುಂಡನ್ನು ಆಯಸ್ಕಾಂತದ ಹತ್ತಿರ ತಂದಾಗ ಹೋಲುತ್ತದೆ. ಆಯಸ್ಕಾಂತ ಮತ್ತು ಕಬ್ಬಿಣದ ನಡುವಿನ ಅಂತರವು ಸಾಕಷ್ಟು ದೂರದಲ್ಲಿದ್ದರೆ, ಆಯಸ್ಕಾಂತವು ಕಬ್ಬಿಣವನ್ನು ಆಕರ್ಷಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಆದರೆ ಆಯಸ್ಕಾಂತ ಮತ್ತು ಕಬ್ಬಿಣದ ನಡುವಿನ ಅಂತರವು ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿದ್ದರೆ, ಕಬ್ಬಿಣವನ್ನು ತಕ್ಷಣವೇ ಹತ್ತಿರಕ್ಕೆ ಎಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಣುಗಳು ಡಿಕ್ಕಿ ಹೊಡೆಯಲು ಹೊರಟಾಗ, ಅಣುಗಳ ಹೊರಭಾಗದಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಹಿಮ್ಮೆಟ್ಟಿಸುತ್ತವೆ (ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಕರ್ಷಣೆ). ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ಅಣುಗಳು ಒಟ್ಟಿಗೆ ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಈ ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ ವಿವರಣೆಯಿಂದ, ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಆಕರ್ಷಕ ಬಲವು ಅನಿಲದ ಸ್ಥಿತಿಯ ಮೇಲೂ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಹೇಳಬಹುದು.
ಅನಿಲ ಒತ್ತಡವು ಸಾಕಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ ಮತ್ತು ಅನಿಲದ ಪ್ರಮಾಣವು ಕಡಿಮೆ ಇದ್ದಾಗ, ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಅಂತರವು ಹತ್ತಿರವಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಅಣುಗಳು ಅನಿಲದ ಬಹುತೇಕ ಸಂಪೂರ್ಣ ಪರಿಮಾಣವನ್ನು ತುಂಬುತ್ತವೆ. ಅಣುಗಳು ಗಾತ್ರವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದರಿಂದ (ಪರಮಾಣು ವ್ಯಾಸ = 10-10 ಮೀ 2 ), ನಾವು ಈ ಅಣುಗಳ ಪರಿಮಾಣವನ್ನು ಸಹ ಗಣನೆಗೆ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ.
ಸ್ಥಿತಿಯ ಸಮೀಕರಣ
ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಅಣುಗಳ ಪರಿಮಾಣ ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ನಡುವೆ ಸಂಭವಿಸುವ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಗಣನೆಗೆ ತೆಗೆದುಕೊಂಡು ಸ್ಥಿತಿಯ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಪಡೆದರು. ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ನಿಂದ ಪಡೆದ ಸಮೀಕರಣವು PV = nRT ಸ್ಥಿತಿಯ ಆದರ್ಶ ಅನಿಲ ಸಮೀಕರಣದ ಮಾರ್ಪಾಡು.
ಮಾಹಿತಿ :
P = ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ (N/m 2 = Pa)
V = ಅನಿಲದ ಪ್ರಮಾಣ (m 3 )
R = ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ಅನಿಲ ಸ್ಥಿರಾಂಕ (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
ಟಿ = ತಾಪಮಾನ (ಕೆ)
a = ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಸ್ಥಿರಾಂಕ (ಅದರ ಮೌಲ್ಯವು ಅನಿಲ ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಆಕರ್ಷಕ ಬಲವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ)
b = ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಸ್ಥಿರಾಂಕ (ಒಂದು ಮೋಲ್ ಅನಿಲ ಅಣುಗಳ ಪರಿಮಾಣವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ)
n = ಮೋಲ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ (ಮೋಲ್)
bn = ಅನಿಲ ಅಣುಗಳ ಒಟ್ಟು ಪರಿಮಾಣ
a ಮತ್ತು b ಸ್ಥಿರಾಂಕಗಳನ್ನು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಪಡೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. a ಮತ್ತು b ಸ್ಥಿರಾಂಕಗಳ ಮೌಲ್ಯಗಳು ಅನಿಲದ ಪ್ರಕಾರವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ.
n 2 / V 2 = ಮೋಲ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯ (n) ವರ್ಗ ಮತ್ತು ಅನಿಲ ಪರಿಮಾಣದ (V) ವರ್ಗಕ್ಕೆ ಅನುಪಾತ. n 2 / V 2 ನ ಮೌಲ್ಯವು ಅನಿಲದ ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ (P) ದೊಡ್ಡದಾಗಿದ್ದರೆ, ಅನಿಲ ಪರಿಮಾಣ (V) ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುತ್ತದೆ. V ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದ್ದರೆ, n 2 / V 2 ದೊಡ್ಡದಾಗಿರುತ್ತದೆ . ಅನಿಲ ಪರಿಮಾಣವು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದ್ದಾಗ (n 2 / V 2 ದೊಡ್ಡದಾಗಿರುತ್ತದೆ) ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಅಂತರವು ಹತ್ತಿರವಾಗುತ್ತದೆ. ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಅಂತರವು ಹತ್ತಿರವಾದಷ್ಟೂ, ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯ ಸಾಧ್ಯತೆ (ಘರ್ಷಣೆ, ಪರಸ್ಪರ ಆಕರ್ಷಣೆ) ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ n 2 / V 2 ಸ್ಥಿರ a ಗೆ ನೇರವಾಗಿ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ (ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಸಮೀಕರಣದೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಕೆ ಮಾಡಿ, ಎಡಭಾಗ). n 2 / V 2 ನ ಮೌಲ್ಯವು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದ್ದರೆ , ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಆಕರ್ಷಕ ಬಲವು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ (a). ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ (P) ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದ್ದರೆ, ಅನಿಲ ಪರಿಮಾಣ (V) ದೊಡ್ಡದಾಗುತ್ತದೆ. ದೊಡ್ಡ V, ಚಿಕ್ಕ n 2 / V 2 . n 2 / V 2 ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದ್ದರೆ , ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಆಕರ್ಷಕ ಬಲವೂ ಕಡಿಮೆ ಇರುತ್ತದೆ.
(V – bn) = ಅನಿಲದ ಪ್ರಮಾಣ ಮತ್ತು ಅನಿಲ ಅಣುಗಳ ಒಟ್ಟು ಪರಿಮಾಣದ ನಡುವಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸ. ಸ್ಥಿರಾಂಕ b ಒಂದು ಮೋಲ್ ಅನಿಲ ಅಣುಗಳ ಪರಿಮಾಣವನ್ನು ಹೇಳುತ್ತದೆ. n = ಮೋಲ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ. b ಮತ್ತು n (bn) ಗಳ ಉತ್ಪನ್ನ = ಅನಿಲ ಅಣುಗಳ ಒಟ್ಟು ಪರಿಮಾಣ. ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ (P) ಹೆಚ್ಚಿದ್ದರೆ, ಅನಿಲದ ಪ್ರಮಾಣ (V) ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುತ್ತದೆ.
V ಚಿಕ್ಕದಿದ್ದಷ್ಟೂ, ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುತ್ತದೆ (V – bn). ಇದರರ್ಥ ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಅಂತರವು ಹತ್ತಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಹಜವಾಗಿ ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಆಕರ್ಷಕ ಬಲವು ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ ಕಡಿಮೆಯಿದ್ದರೆ, ಅನಿಲದ ಪ್ರಮಾಣವು ದೊಡ್ಡದಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಅನಿಲದ ಪ್ರಮಾಣವು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದ್ದರೆ, (V – bn) ದೊಡ್ಡದಾಗಿರುತ್ತದೆ. (V – bn) ದೊಡ್ಡದಿದ್ದಷ್ಟೂ, ಅನಿಲ ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಆಕರ್ಷಕ ಬಲವು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುತ್ತದೆ.
ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಸ್ಥಿತಿಯ ಸಮೀಕರಣವು ಆದರ್ಶ ಅನಿಲ ಸಮೀಕರಣಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ನಿಖರವಾಗಿ ನೈಜ ಅನಿಲದ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಾವು ಹೇಳಬಹುದು. ಅನಿಲ ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಸಾಕಷ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದ್ದಾಗ, ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಸಮೀಕರಣವು ಹೆಚ್ಚು ನಿಖರವಾದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಅನಿಲ ಒತ್ತಡವು ತುಂಬಾ ದೊಡ್ಡದಾಗಿಲ್ಲದಿದ್ದರೆ, (ಒಂದು 2 / V 2 ) ಮತ್ತು (V-bn) ಅನ್ನು ನಿರ್ಲಕ್ಷಿಸಬಹುದು, ಇದರಿಂದಾಗಿ ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಸ್ಥಿತಿಯ ಸಮೀಕರಣವು ಸ್ಥಿತಿಯ ಆದರ್ಶ ಅನಿಲ ಸಮೀಕರಣವಾಗಿ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ.
