വാൻ ഡെർ വാൾസ് എന്നത് ഒരു ഡച്ച് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജെ.ഡി. വാൻ ഡെർ വാൽസിന്റെ (1837-1923) പേരാണ്. വാൻ ഡെർ വാൽസ് സമവാക്യം ഒരു വാതകത്തിന്റെ അവസ്ഥയുടെ സമവാക്യമാണ്, ഇത് ഒരു ആദർശ വാതകത്തിന്റെ അവസ്ഥയുടെ സമവാക്യത്തിന് സമാനമാണ്. വ്യത്യാസം, യഥാർത്ഥ വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദവും സാന്ദ്രതയും ആവശ്യത്തിന് വലുതാണെങ്കിൽ ഒരു ആദർശ വാതകത്തിന്റെ അവസ്ഥയുടെ സമവാക്യത്തിന് കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നൽകാൻ കഴിയില്ല. അതേസമയം വാൻ ഡെർ വാൽസ് അവസ്ഥയുടെ സമവാക്യത്തിന് കൂടുതൽ കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നൽകാൻ കഴിയും.
ഒരു ആദർശ അവസ്ഥയുടെ സമവാക്യത്തിന്റെ പരിമിതികൾ തിരിച്ചറിഞ്ഞ വാൻ ഡെർ വാൽസിൽ നിന്നാണ് ഈ സമവാക്യത്തിന്റെ നിലനിൽപ്പ് ഉത്ഭവിച്ചത്. യഥാർത്ഥ വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദവും സാന്ദ്രതയും വലുതായിരിക്കുമ്പോൾ, യഥാർത്ഥ വാതക അവസ്ഥയെ സ്വാധീനിക്കുന്ന നിരവധി ഘടകങ്ങൾ ചേർത്ത്, ആദർശ വാതകത്തിന്റെ അവസ്ഥയുടെ സമവാക്യം പരിഷ്കരിക്കാൻ വാൽസ് ശ്രമിച്ചു.
വാതക മർദ്ദം വ്യാപ്തത്തിന് വിപരീത അനുപാതത്തിലാണ്. വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതക വ്യാപ്തം കുറയുന്നു. നേരെമറിച്ച്, വാതക വ്യാപ്തം കുറയുകയാണെങ്കിൽ, വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുന്നു. വാതക വ്യാപ്തം കുറയുമ്പോൾ, വാതക സാന്ദ്രത വർദ്ധിക്കുന്നു (സാന്ദ്രത = പിണ്ഡം / വ്യാപ്തം). മർദ്ദം സാന്ദ്രതയ്ക്ക് നേരിട്ട് ആനുപാതികമാണെന്ന് പറയാം. വാതക മർദ്ദം വലുതാണെങ്കിൽ, വാതക സാന്ദ്രതയും വലുതാണ്. നേരെമറിച്ച്, വാതക മർദ്ദം ചെറുതാണെങ്കിൽ, വാതക സാന്ദ്രതയും ചെറുതാണ്. വാതക മർദ്ദവും താപനിലയ്ക്ക് നേരിട്ട് ആനുപാതികമാണ്. വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതക താപനില വർദ്ധിക്കുന്നു. വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ താപനിലയും സാന്ദ്രതയും കുറയുന്നുവെന്ന് നമുക്ക് നിഗമനം ചെയ്യാം, അതേസമയം വാതക വ്യാപ്തം കുറയുന്നു.
വാതക വ്യാപ്തം കുറയുമ്പോൾ, തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം അടുത്തെത്തുന്നു. തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം അടുത്തെത്തുന്നു, തന്മാത്രകൾ പരസ്പരം ആകർഷിക്കപ്പെടുന്നു. ഒരു ഇരുമ്പ് കഷണം ഒരു കാന്തത്തിന് അടുത്തേക്ക് കൊണ്ടുവരുന്നത് പോലെയാണ് ഇത്. കാന്തത്തിനും ഇരുമ്പിനും ഇടയിലുള്ള ദൂരം വളരെ കൂടുതലാണെങ്കിൽ, കാന്തത്തിന് ഇരുമ്പിനെ വലിക്കാൻ കഴിയില്ല. എന്നാൽ കാന്തത്തിനും ഇരുമ്പിനും ഇടയിലുള്ള ദൂരം അടുത്താണെങ്കിൽ, ഇരുമ്പ് കൂടുതൽ അടുത്തേക്ക് വലിക്കപ്പെടുന്നു. തന്മാത്രകൾ കൂട്ടിയിടിക്കാൻ തുടങ്ങുമ്പോൾ, തന്മാത്രയുടെ പുറത്തുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾ പരസ്പരം അകറ്റുന്നു (വൈദ്യുത വികർഷണം). തൽഫലമായി, തന്മാത്രകൾക്ക് ഒരുമിച്ച് പറ്റിനിൽക്കാൻ കഴിയില്ല. ഈ ഹ്രസ്വ വിവരണത്തിൽ നിന്ന്, തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള വലിച്ചെടുക്കൽ ശക്തി വാതക അവസ്ഥയെ സ്വാധീനിക്കുന്നുവെന്ന് പറയാം.
വാതക മർദ്ദം ആവശ്യത്തിന് കൂടുതലാകുകയും വാതക വ്യാപ്തം കുറയുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം കൂടുതൽ അടുക്കുന്നു. തന്മാത്രകൾക്കും ഒരു വലിപ്പം (ആറ്റോമിക വ്യാസം = 10 -10 മീ) ഉള്ളതിനാൽ, ഈ തന്മാത്രകളുടെ വ്യാപ്തവും നാം പരിഗണിക്കേണ്ടതുണ്ട്.
തന്മാത്രാ വ്യാപ്തവും തന്മാത്രകൾക്കിടയിൽ സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളും കണക്കിലെടുത്ത് വാൻ ഡെർ വാൽസ് ഒരു അവസ്ഥയുടെ സമവാക്യം കുറയ്ക്കുന്നു. വാൻ ഡെർ വാൽസിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ സമവാക്യം ആദർശ വാതക അവസ്ഥ സമവാക്യത്തിന്റെ പരിഷ്കരണത്തിന്റെ ഫലമാണ് PV = n R T. വാൻ ഡെർ വാൽസ് അവസ്ഥയുടെ സമവാക്യം:
പി = വാതക മർദ്ദം (N / m 2 = Pa)
V = വാതക വ്യാപ്തം (m 3 )
R = സാർവത്രിക വാതക സ്ഥിരാങ്കം (R = 8.315 J / mol. K = 8315 kJ / kmol. K)
ടി = താപനില (കെ)
a = അനുഭവ സ്ഥിരാങ്കം (വാതക തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണബലത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കും മൂല്യം)
b = അനുഭവപരമായ സ്ഥിരാങ്കം (ഒരു മോൾ വാതക തന്മാത്രകളുടെ വ്യാപ്തത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു)
n = മോളുകളുടെ എണ്ണം (mol)
bn = വാതക തന്മാത്രകളുടെ ആകെ വ്യാപ്തം
a, b എന്നീ സ്ഥിരാങ്കങ്ങൾ പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെയാണ് ലഭിക്കുന്നത്. a, b എന്നിവയുടെ സ്ഥിരാങ്ക മൂല്യങ്ങൾ വാതകത്തിന്റെ തരത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.
n2 / വി2 = മോളുകളുടെ എണ്ണവും (n) വാതക വ്യാപ്തത്തിന്റെ (V) വർഗ്ഗവും തമ്മിലുള്ള ചതുരാകൃതിയിലുള്ള അനുപാതം. n ന്റെ മൂല്യം2 / വി2 വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദത്തെയും സാന്ദ്രതയെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. വാതക മർദ്ദം (P) കൂടുതലാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ (V) വ്യാപ്തം ചെറുതാണ്. V ചെറുതാകുമ്പോൾ, n വലുതായിരിക്കും.2 / വി2വാതക വ്യാപ്തം കുറയുമ്പോൾ (n2 / വി2 വലുതാണ്) തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം കൂടുതൽ അടുത്താണ്. തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം കൂടുതൽ അടുക്കുന്തോറും ഈ തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ (കൂട്ടിയിടിക്കൽ, പരസ്പരം വലിക്കൽ) വർദ്ധിക്കും. അതിനാൽ, n2 / വി2 ഒരു സ്ഥിരാങ്കത്തിന് നേർ അനുപാതമാണ് (വാൻ ഡെർ വാൽസ് സമവാക്യവുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുക). n ന്റെ മൂല്യം കൂടുന്തോറും2 / വി2, തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ആകർഷണം കൂടുന്തോറും (a).
നേരെമറിച്ച്, വാതക മർദ്ദം (P) ചെറുതാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ (V) വ്യാപ്തം വലുതായിത്തീരുന്നു. കൂടുതൽ പ്രകടമായ V, ചെറുതായ n2 / വി2. n കുറയുന്തോറും2 / വി2തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണബലം കുറയുമ്പോൾ,
(V – bn) = വാതക വ്യാപ്തവും വാതക തന്മാത്രകളുടെ ആകെ വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം. സ്ഥിരാങ്കം b എന്നത് ഒരു മോൾ വാതക തന്മാത്രകളുടെ വ്യാപ്തത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. n = മോളുകളുടെ എണ്ണം. b യ്ക്കും n നും ഇടയിലുള്ള സമയത്തിന്റെ ഗുണനഫലം (bn) = വാതക തന്മാത്രകളുടെ ആകെ വ്യാപ്തം. വാതക മർദ്ദം (P) കൂടുതൽ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ (V) വ്യാപ്തം കുറയുന്നു.
V ചെറുതാകുന്തോറും ചെറുതാകും (V – bn). ഇതിനർത്ഥം തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം വർദ്ധിക്കുകയും, തീർച്ചയായും, തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ആകർഷണം വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നാണ്. നേരെമറിച്ച്, വാതക മർദ്ദം കുറയുകയാണെങ്കിൽ, വാതക വ്യാപ്തം വലുതായിത്തീരുന്നു. വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം ഗണ്യമായിരിക്കുന്തോറും (V – bn) കൂടുതലായിരിക്കും. (V – bn) വലുതാകുന്തോറും, വാതക തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണം ചെറുതായിരിക്കും.
വാൻ ഡെർ വാൽസ് അവസ്ഥയുടെ സമവാക്യം യഥാർത്ഥ വാതക അവസ്ഥയെ ആദർശ വാതക സമവാക്യത്തേക്കാൾ കൃത്യമായി വിവരിക്കുന്നുവെന്ന് നമുക്ക് പറയാം. മർദ്ദവും വാതക സാന്ദ്രതയും ആവശ്യത്തിന് വലുതായിരിക്കുമ്പോൾ, വാൻ ഡെർ വാൽസ് സമവാക്യം കൂടുതൽ കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നൽകുന്നു. വാതക മർദ്ദം വളരെ വലുതല്ലെങ്കിൽ, (ഒരു 2 / V 2 ) ഉം (V-bn) ഉം അവഗണിക്കാം, അങ്ങനെ വാൻ ഡെർ വാൽസ് അവസ്ഥ സമവാക്യം ഒരു ആദർശ വാതക അവസ്ഥ സമവാക്യമായി മാറുന്നു.
