വാൻ ഡെർ വാൽസ് സംസ്ഥാനത്തിൻ്റെ സമവാക്യം

ഡച്ച് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജെ.ഡി. വാൻ ഡെർ വാൽസിന്റെ (1837–1923) പേരാണ് വാൻ ഡെർ വാൽസ്. വാൻ ഡെർ വാൽസിന്റെ അവസ്ഥാ സമവാക്യം യഥാർത്ഥത്തിൽ അവസ്ഥാ സമവാക്യത്തിന് സമാനമാണ്, അവസ്ഥാ സമവാക്യം . യഥാർത്ഥ വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദവും സാന്ദ്രതയും ആവശ്യത്തിന് വലുതാണെങ്കിൽ ആദർശ വാതക സമവാക്യത്തിന് കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നൽകാൻ കഴിയില്ല എന്നതാണ് വ്യത്യാസം. എന്നിരുന്നാലും, വാൻ ഡെർ വാൽസിന്റെ അവസ്ഥാ സമവാക്യത്തിന് കൂടുതൽ കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നൽകാൻ കഴിയും.

ആദർശ വാതക അവസ്ഥ സമവാക്യത്തിന്റെ പരിമിതികൾ തിരിച്ചറിഞ്ഞ വാൻ ഡെർ വാൽസിൽ നിന്നാണ് ഈ സമവാക്യം ഉത്ഭവിച്ചത്. യഥാർത്ഥ വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദവും സാന്ദ്രതയും ആവശ്യത്തിന് ഉയർന്നതായിരിക്കുമ്പോൾ, ഒരു യഥാർത്ഥ വാതകത്തിന്റെ അവസ്ഥയെ സ്വാധീനിക്കുന്ന നിരവധി ഘടകങ്ങൾ ചേർത്തുകൊണ്ട് വാൽസ് ആദർശ വാതക അവസ്ഥ സമവാക്യം പരിഷ്കരിച്ചു.

വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, വാതകത്തിന്റെ താപനിലയും സാന്ദ്രതയും വർദ്ധിക്കുന്നു, അതേസമയം വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം കുറയുന്നു.

വാതക മർദ്ദം വ്യാപ്തത്തിന് വിപരീത അനുപാതത്തിലാണ്. വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വ്യാപ്തം കുറയുന്നു. നേരെമറിച്ച്, വാതക വ്യാപ്തം കുറയുകയാണെങ്കിൽ, വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുന്നു. വാതക വ്യാപ്തം കുറയുമ്പോൾ, വാതക സാന്ദ്രത വർദ്ധിക്കുന്നു (സാന്ദ്രത = സാന്ദ്രത = പിണ്ഡം / വ്യാപ്തം). മർദ്ദം സാന്ദ്രതയ്ക്ക് നേർ അനുപാതത്തിലാണെന്ന് പറയാം. വാതക മർദ്ദം കൂടുതലാണെങ്കിൽ, വാതക സാന്ദ്രതയും കൂടുതലാണ്. നേരെമറിച്ച്, വാതക മർദ്ദം കുറവാണെങ്കിൽ, വാതക സാന്ദ്രതയും കുറവാണ്. വാതക മർദ്ദവും താപനിലയ്ക്ക് നേർ അനുപാതത്തിലാണ്. വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതക താപനില വർദ്ധിക്കുന്നു. വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതക താപനിലയും വർദ്ധിക്കുമ്പോൾ, വാതക വ്യാപ്തവും വർദ്ധിക്കുമെന്ന് നമുക്ക് നിഗമനം ചെയ്യാം.

ഒരു വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം കുറയുമ്പോൾ, തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം അടുത്തെത്തുന്നു. തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം അടുത്തെത്തുമ്പോൾ, തന്മാത്രകൾ പരസ്പരം ആകർഷിക്കപ്പെടുന്നു. ഒരു ഇരുമ്പ് കഷണം ഒരു കാന്തത്തിന് അടുത്തേക്ക് കൊണ്ടുവരുന്നതിന് സമാനമാണിത്. കാന്തത്തിനും ഇരുമ്പിനും ഇടയിലുള്ള ദൂരം വളരെ ദൂരെയാണെങ്കിൽ, കാന്തത്തിന് ഇരുമ്പിനെ ആകർഷിക്കാൻ കഴിയില്ല. എന്നാൽ കാന്തത്തിനും ഇരുമ്പിനും ഇടയിലുള്ള ദൂരം അടുത്താണെങ്കിൽ, ഇരുമ്പ് ഉടനടി അടുത്തേക്ക് വലിക്കപ്പെടുന്നു. തന്മാത്രകൾ കൂട്ടിയിടിക്കാൻ തുടങ്ങുമ്പോൾ, തന്മാത്രകളുടെ പുറത്തുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾ പരസ്പരം അകറ്റുന്നു (വൈദ്യുത വികർഷണം). തൽഫലമായി, തന്മാത്രകൾക്ക് ഒരുമിച്ച് നിൽക്കാൻ കഴിയില്ല. ഈ ഹ്രസ്വ വിശദീകരണത്തിൽ നിന്ന്, തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണ ബലം വാതകത്തിന്റെ അവസ്ഥയെയും ബാധിക്കുന്നുവെന്ന് പറയാം.

വാതക മർദ്ദം ആവശ്യത്തിന് കൂടുതലായിരിക്കുകയും വാതക വ്യാപ്തം കുറയുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം കൂടുതൽ അടുക്കുന്നു. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, തന്മാത്രകൾ വാതകത്തിന്റെ ഏതാണ്ട് മുഴുവൻ വ്യാപ്തവും നിറയ്ക്കുന്നു. തന്മാത്രകൾക്കും വലിപ്പമുള്ളതിനാൽ (ആറ്റോമിക വ്യാസം = 10-10 ^മീ ), ഈ തന്മാത്രകളുടെ വ്യാപ്തവും നാം കണക്കിലെടുക്കേണ്ടതുണ്ട്.

അവസ്ഥയുടെ സമവാക്യം

തന്മാത്രകളുടെ വ്യാപ്തവും അവയ്ക്കിടയിൽ സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളും കണക്കിലെടുത്ത് വാൻ ഡെർ വാൽസ് ഒരു അവസ്ഥാ സമവാക്യം ഉരുത്തിരിഞ്ഞു. വാൻ ഡെർ വാൽസിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ സമവാക്യം PV = nRT എന്ന അവസ്ഥയുടെ ആദർശ വാതക സമവാക്യത്തിന്റെ പരിഷ്കരണമാണ്.

കെറ്റെറാൻഗൻ :

P = വാതക മർദ്ദം (N/m ² = Pa)

V = വാതക വ്യാപ്തം (m ³ )

R = യൂണിവേഴ്സൽ ഗ്യാസ് കോൺസ്റ്റന്റ് (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)

ടി = താപനില (കെ)

a = അനുഭവപരമായ സ്ഥിരാങ്കം (അതിന്റെ മൂല്യം വാതക തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണ ബലത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു)

b = അനുഭവപരമായ സ്ഥിരാങ്കം (ഒരു മോൾ വാതക തന്മാത്രകളുടെ വ്യാപ്തത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു)

n = മോളുകളുടെ എണ്ണം (mol)

bn = വാതക തന്മാത്രകളുടെ ആകെ വ്യാപ്തം

a, b എന്നീ സ്ഥിരാങ്കങ്ങൾ പരീക്ഷണാത്മകമായി ലഭിക്കുന്നു. a, b എന്നീ സ്ഥിരാങ്കങ്ങളുടെ മൂല്യങ്ങൾ വാതകത്തിന്റെ തരത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.

n ² / V ² = മോളുകളുടെ എണ്ണത്തിന്റെ (n) വർഗ്ഗവും വാതക വ്യാപ്തത്തിന്റെ (V) വർഗ്ഗവും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം. n ² / V ² ന്റെ മൂല്യം വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദത്തെയും സാന്ദ്രതയെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. വാതക മർദ്ദം (P) വലുതാണെങ്കിൽ, വാതക വ്യാപ്തം (V) ചെറുതായിരിക്കും. V ചെറുതാകുമ്പോൾ, n ² / V ² വലുതായിരിക്കും . വാതക വ്യാപ്തം ചെറുതാകുമ്പോൾ (n ² / V ² വലുതാണ്) തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം കൂടുതൽ അടുക്കുന്നു. തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം കൂടുതൽ അടുക്കുമ്പോൾ, തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തന സാധ്യത (കൂട്ടിയിടി, പരസ്പരം ആകർഷണം) വർദ്ധിക്കും. അതിനാൽ n ² / V ² സ്ഥിരാങ്കമായ a യ്ക്ക് നേരിട്ട് ആനുപാതികമാണ് (വാൻ ഡെർ വാൽസ് സമവാക്യവുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുക, ഇടതുവശത്ത്). n ² / V ² ന്റെ മൂല്യം വലുതാകുമ്പോൾ , തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണ ബലം (a) വർദ്ധിക്കും. നേരെമറിച്ച്, വാതക മർദ്ദം (P) ചെറുതാണെങ്കിൽ, വാതക വ്യാപ്തം (V) വലുതായിത്തീരും. V വലുതാകുമ്പോൾ, n ² / V ² ചെറുതാകും . n ² / V ² ചെറുതാകുമ്പോൾ , തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണബലവും ചെറുതായിരിക്കും.

(V – bn) = വാതക വ്യാപ്തവും വാതക തന്മാത്രകളുടെ ആകെ വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം. സ്ഥിരാങ്കം b ഒരു മോൾ വാതക തന്മാത്രകളുടെ വ്യാപ്തത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. n = മോളുകളുടെ എണ്ണം. b യുടെയും n യുടെയും (bn) ഉൽപ്പന്നം = വാതക തന്മാത്രകളുടെ ആകെ വ്യാപ്തം. വാതക മർദ്ദം (P) കൂടുതലാണെങ്കിൽ, വാതക വ്യാപ്തം (V) ചെറുതായിരിക്കും.

V ചെറുതാകുന്തോറും ചെറുതാകും (V – bn). തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം അടുത്തായിരിക്കുമെന്നും തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണബലം കൂടുതലായിരിക്കുമെന്നും ഇതിനർത്ഥം. നേരെമറിച്ച്, വാതക മർദ്ദം കുറവാണെങ്കിൽ, വാതക വ്യാപ്തം വലുതായിരിക്കും. വാതക വ്യാപ്തം വലുതാകുന്തോറും വലുതായിരിക്കും (V – bn). (V – bn) വലുതാകുന്തോറും, വാതക തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണബലം കുറയും.

യഥാർത്ഥ വാതകത്തിന്റെ അവസ്ഥയെ ആദർശ വാതക സമവാക്യത്തേക്കാൾ കൃത്യമായി വാൻ ഡെർ വാൽസ് അവസ്ഥ സമവാക്യം വിവരിക്കുന്നുവെന്ന് നമുക്ക് പറയാം. വാതക മർദ്ദവും സാന്ദ്രതയും ആവശ്യത്തിന് വലുതാകുമ്പോൾ, വാൻ ഡെർ വാൽസ് സമവാക്യം കൂടുതൽ കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നൽകുന്നു. വാതക മർദ്ദം വളരെ വലുതല്ലെങ്കിൽ, (an ² / V ² ) ഉം (V-bn) ഉം അവഗണിക്കാം, അങ്ങനെ വാൻ ഡെർ വാൽസ് അവസ്ഥ സമവാക്യം ആദർശ വാതക അവസ്ഥ സമവാക്യമായി മാറുന്നു.