व्हॅन डर वाल्स हे जे. डी. व्हॅन डर वाल्स (१८३७-१९२३) या डच भौतिकशास्त्रज्ञाचे नाव आहे. व्हॅन डर वाल्स अवस्था समीकरण हे एका वायूचे अवस्था समीकरण आहे, जे आदर्श वायूच्या अवस्था समीकरणासारखेच आहे. फरक इतकाच आहे की, जर वास्तविक वायूचा दाब आणि घनता पुरेशी जास्त असेल, तर आदर्श वायूचे अवस्था समीकरण अचूक परिणाम देऊ शकत नाही. याउलट, व्हॅन डर वाल्स अवस्था समीकरण अधिक अचूक परिणाम देऊ शकते.
या समीकरणाचा उगम व्हॅन डर वाल्स यांच्यापासून होतो, ज्यांना आदर्श स्थितीच्या समीकरणाच्या मर्यादांची जाणीव झाली. वाल्स यांनी आदर्श वायूच्या स्थिती समीकरणात असे अनेक घटक जोडून त्यात बदल केला, जे वास्तविक वायूच्या स्थितीवरही परिणाम करतात, विशेषतः जेव्हा वास्तविक वायूचा दाब आणि घनता जास्त असते.
वायूचा दाब हा आकारमानाच्या व्यस्त प्रमाणात असतो. जर वायूचा दाब वाढला, तर वायूचे आकारमान कमी होते. याउलट, जर वायूचे आकारमान कमी झाले, तर वायूचा दाब वाढतो. जेव्हा वायूचे आकारमान कमी होते, तेव्हा वायूची घनता वाढते (घनता = वस्तुमान / आकारमान). असे म्हणता येईल की दाब हा घनतेच्या सम प्रमाणात असतो. जर वायूचा दाब जास्त असेल, तर वायूची घनता देखील जास्त असते. याउलट, जर वायूचा दाब कमी असेल, तर वायूची घनता देखील कमी असते. वायूचा दाब तापमानाच्या सम प्रमाणात देखील असतो. जर वायूचा दाब वाढला, तर वायूचे तापमान वाढते. आपण असा निष्कर्ष काढू शकतो की, जर वायूचा दाब वाढला, तर वायूचे तापमान आणि घनता वाढते, तर वायूचे आकारमान कमी होते.
जेव्हा वायूचे आकारमान कमी होते, तेव्हा रेणूंमधील अंतर कमी होते. जेव्हा रेणूंमधील अंतर कमी होते, तेव्हा ते एकमेकांना आकर्षित करतात. हे एखाद्या लोखंडाच्या तुकड्याला चुंबकाजवळ आणण्यासारखे आहे. जर चुंबक आणि लोखंड यांच्यातील अंतर पुरेसे जास्त असेल, तर चुंबक लोखंडाला खेचू शकत नाही. पण जर चुंबक आणि लोखंड यांच्यातील अंतर कमी असेल, तर लोखंड जवळ खेचले जाते. जेव्हा रेणू एकमेकांवर आदळणार असतात, तेव्हा रेणूच्या बाहेरील इलेक्ट्रॉन एकमेकांना दूर ढकलतात (विद्युत प्रतिकर्षण). परिणामी, रेणू एकत्र चिकटू शकत नाहीत. या संक्षिप्त वर्णनावरून असे म्हणता येईल की, रेणूंमधील खेचण्याची शक्ती वायूच्या स्थितीवर परिणाम करते.
जेव्हा वायूचा दाब पुरेसा जास्त असतो आणि वायूचे आकारमान कमी होते, तेव्हा रेणूंमधील अंतर कमी होते. कारण रेणूंनाही आकार असतो (अणूचा व्यास = 10⁻¹⁰ मीटर ), त्यामुळे आपल्याला या रेणूंच्या आकारमानाचाही विचार करणे आवश्यक आहे.
व्हॅन डर वाल्स हे रेणूंचे आकारमान आणि त्यांच्यामध्ये होणाऱ्या आंतरक्रिया विचारात घेऊन अवस्था समीकरण कमी करतात. व्हॅन डर वाल्स यांनी मिळवलेले समीकरण हे आदर्श वायू अवस्थेचे समीकरण PV = n R T मध्ये केलेल्या बदलाचा परिणाम आहे. व्हॅन डर वाल्स अवस्था समीकरण:
P = वायूचा दाब (N / m 2 = Pa)
V = वायूचे आकारमान ( m³ )
R = वैश्विक वायू स्थिरांक (R = 8.315 J / mol. K = 8315 kJ / kmol. K)
T = तापमान (केल्विन)
a = प्रायोगिक स्थिरांक (याचे मूल्य वायूच्या रेणूंमधील आकर्षण शक्तीवर अवलंबून असते)
b = अनुभवजन्य स्थिरांक (वायूच्या एका मोल रेणूंचे आकारमान दर्शवणारा)
n = मोलची संख्या (mol)
bn = वायूच्या रेणूंचे एकूण आकारमान
स्थिरांक a आणि b प्रयोगांद्वारे मिळवले जातात. स्थिरांक a आणि b ची मूल्ये वायूच्या प्रकारावर अवलंबून असतात.
n2 / व्ही2 = मोलची संख्या (n) आणि वायूच्या आकारमानाचा वर्ग (V) यांचे वर्ग गुणोत्तर. n चे मूल्य2 / व्ही2 हे वायूच्या दाब आणि घनतेवर अवलंबून असते. जर वायूचा दाब (P) जास्त असेल, तर वायूचे आकारमान (V) कमी असते. V जितके कमी, तितके आकारमान जास्त असते.2 / व्ही2जेव्हा वायूचे आकारमान कमी असते (n2 / व्ही2 (n मोठे असते) रेणूंमधील अंतर कमी असते. रेणूंमधील अंतर जितके कमी असते, तितकीच त्या रेणूंमधील आंतरक्रिया (टक्कर होणे, एकत्र खेचणे) जास्त असते. म्हणून, n2 / व्ही2 एका स्थिरांकाशी समप्रमाणात असते (व्हॅन डर वाल्स समीकरणाशी तुलना करा). n चे मूल्य जितके जास्त असेल2 / व्ही2रेणूंमधील आकर्षण जितके जास्त असेल (अ).
याउलट, जर वायूचा दाब (P) कमी असेल, तर वायूचे आकारमान (V) मोठे होते. V जितके मोठे, n तितके लहान.2 / व्ही2n जितका कमी असेल2 / व्ही2रेणूंमधील आकर्षण शक्ती जितकी कमी असते.
(V – bn) = वायूचे आकारमान आणि वायूच्या रेणूंचे एकूण आकारमान यांमधील फरक. b हा स्थिरांक वायूच्या रेणूंच्या एका मोलचे आकारमान दर्शवतो. n = मोलची संख्या. b आणि n यांच्यामधील वेळेचा गुणाकार (bn) = वायूच्या रेणूंचे एकूण आकारमान. जर वायूचा दाब (P) अधिक वाढला, तर वायूचे आकारमान (V) कमी होते.
V जितका लहान, तितके (V – bn) लहान. याचा अर्थ असा की रेणूंमधील अंतर वाढते आणि साहजिकच, रेणूंमधील आकर्षणही वाढते. याउलट, वायूचा दाब कमी झाल्यास, वायूचे आकारमान वाढते. वायूचे आकारमान जितके जास्त, तितके (V – bn) जास्त. (V – bn) जितके मोठे, तितके वायूच्या रेणूंमधील आकर्षण कमी.
आपण असे म्हणू शकतो की व्हॅन डर वाल्स स्थितीचे समीकरण आदर्श वायू समीकरणापेक्षा वास्तविक वायू स्थितीचे अधिक अचूकपणे वर्णन करते. जेव्हा दाब आणि वायूची घनता पुरेशी जास्त असते, तेव्हा व्हॅन डर वाल्स समीकरण अधिक अचूक परिणाम देते. जर वायूचा दाब खूप जास्त नसेल, तर (an 2 / V 2 ) आणि (V-bn) यांकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते, ज्यामुळे व्हॅन डर वाल्स स्थितीचे समीकरण आदर्श वायू स्थितीच्या समीकरणात बदलते.
