भ्यान डेर वाल्स डच भौतिकशास्त्री जे.डी. भ्यान डेर वाल्स (१८३७–१९२३) को नाम हो। भ्यान डेर वाल्सको अवस्था समीकरण वास्तवमा अवस्थाको ग्यास समीकरण हो, जुन अवस्थाको आदर्श ग्यास समीकरण जस्तै हो। भिन्नता यो हो कि यदि वास्तविक ग्यासको दबाब र घनत्व पर्याप्त ठूलो छ भने आदर्श ग्यास समीकरणले सही परिणाम प्रदान गर्न सक्दैन। यद्यपि, भ्यान डेर वाल्सको अवस्था समीकरणले अझ सटीक परिणाम प्रदान गर्न सक्छ।
यो समीकरण भ्यान डेर वाल्सबाट सुरु भएको हो, जसले आदर्श ग्यास समीकरणको अवस्थाको सीमिततालाई पहिचान गरे। वास्तविक ग्यासको दबाब र घनत्व पर्याप्त मात्रामा उच्च हुँदा वास्तविक ग्यासको अवस्थालाई प्रभाव पार्ने धेरै कारकहरू थपेर वाल्सले आदर्श ग्यास समीकरणलाई परिमार्जन गरे।
ग्यासको चाप बढ्दै जाँदा, ग्यासको तापक्रम र घनत्व पनि बढ्छ, जबकि ग्यासको आयतन घट्छ।
ग्यासको चाप आयतनको विपरीत समानुपातिक हुन्छ। यदि ग्यासको चाप बढ्यो भने, आयतन घट्छ। यसको विपरीत, यदि ग्यासको आयतन घट्यो भने, ग्यासको चाप बढ्छ। जब ग्यासको आयतन घट्छ, ग्यासको घनत्व बढ्छ (घनत्व = घनत्व = द्रव्यमान / आयतन)। यो भन्न सकिन्छ कि दबाब घनत्वको प्रत्यक्ष समानुपातिक हुन्छ। यदि ग्यासको चाप उच्च छ भने, ग्यासको घनत्व पनि उच्च हुन्छ। यसको विपरीत, यदि ग्यासको चाप कम छ भने, ग्यासको घनत्व पनि कम हुन्छ। ग्यासको चाप पनि तापक्रमको प्रत्यक्ष समानुपातिक हुन्छ। यदि ग्यासको चाप बढ्यो भने, ग्यासको तापक्रम बढ्छ। हामी निष्कर्षमा पुग्न सक्छौं कि यदि ग्यासको चाप बढ्यो भने, ग्यासको तापक्रम र घनत्व बढ्छ, जबकि ग्यासको आयतन घट्छ।
जब ग्यासको आयतन घट्छ, अणुहरू बीचको दूरी नजिक आउँछ। अणुहरू बीचको दूरी नजिक हुँदै जाँदा, अणुहरू एकअर्कालाई आकर्षित गर्छन्। यो फलामको टुक्रालाई चुम्बकको नजिक ल्याइँदा जस्तै हो। यदि चुम्बक र फलाम बीचको दूरी पर्याप्त छ भने, चुम्बकले फलामलाई आकर्षित गर्न सक्दैन। तर यदि चुम्बक र फलाम बीचको दूरी नजिक छ भने, फलाम तुरुन्तै नजिक तानिन्छ। जब अणुहरू ठोक्किन लागेका हुन्छन्, अणुहरूको बाहिर रहेका इलेक्ट्रोनहरूले एकअर्कालाई भगाउँछन् (विद्युत प्रतिकर्षण)। फलस्वरूप, अणुहरू एकसाथ टाँसिन सक्दैनन्। यो संक्षिप्त व्याख्याबाट, यो भन्न सकिन्छ कि अणुहरू बीचको आकर्षक बलले ग्यासको अवस्थालाई पनि असर गर्छ।
जब ग्यासको चाप पर्याप्त उच्च हुन्छ र ग्यासको आयतन सानो हुन्छ, अणुहरू बीचको दूरी नजिक हुन्छ। यस अवस्थामा, अणुहरूले ग्यासको लगभग सम्पूर्ण आयतन भर्छन्। किनभने अणुहरूको पनि आकार हुन्छ (परमाणु व्यास = १०-१० मिटर ), हामीले यी अणुहरूको आयतनलाई पनि ध्यानमा राख्नु पर्छ।
अवस्थाको समीकरण
भ्यान डेर वाल्सले अणुहरूको आयतन र अणुहरू बीच हुने अन्तरक्रियाहरूलाई ध्यानमा राखेर अवस्थाको समीकरण निकाले। भ्यान डेर वाल्सले निकालेको समीकरण अवस्था PV = nRT को आदर्श ग्यास समीकरणको परिमार्जन हो।
जानकारी:
P = ग्यासको चाप (N/m 2 = Pa)
V = ग्यासको आयतन ( m3 )
R = विश्वव्यापी ग्यास स्थिरांक (R = ८.३१५ J/mol.K = ८३१५ kJ/kmol.K)
T = तापक्रम (K)
a = अनुभवजन्य स्थिरांक (यसको मान ग्यास अणुहरू बीचको आकर्षण बलमा निर्भर गर्दछ)
b = अनुभवजन्य स्थिरांक (ग्यास अणुहरूको एक तिलको आयतनलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ)
n = मोलहरूको संख्या (मोल)
bn = ग्यास अणुहरूको कुल आयतन
स्थिरांक a र b प्रयोगात्मक रूपमा प्राप्त गरिन्छ। स्थिरांक a र b को मानहरू ग्यासको प्रकारमा निर्भर गर्दछ।
n 2 / V 2 = मोल (n) को संख्या र ग्यासको आयतन (V) को वर्गको अनुपात। n 2 / V 2 को मान ग्यासको चाप र घनत्वमा निर्भर गर्दछ। यदि ग्यासको चाप (P) ठूलो छ भने, ग्यासको आयतन (V) सानो हुन्छ। V जति सानो हुन्छ, n 2 / V 2 त्यति नै ठूलो हुन्छ । जब ग्यासको आयतन सानो हुन्छ (n 2 / V 2 ठूलो हुन्छ) अणुहरू बीचको दूरी नजिक हुन्छ। अणुहरू बीचको दूरी जति नजिक हुन्छ, अणुहरू बीचको अन्तरक्रियाको सम्भावना त्यति नै बढी हुन्छ (एकअर्काप्रति टक्कर, आकर्षण)। त्यसैले n 2 / V 2 स्थिरांक a सँग प्रत्यक्ष समानुपातिक हुन्छ (भ्यान डेर वाल्स समीकरण, बायाँ तर्फ तुलना गर्नुहोस्)। n 2 / V 2 को मान जति ठूलो हुन्छ , अणुहरू (a) बीचको आकर्षक बल त्यति नै बढी हुन्छ। यसको विपरीत, यदि ग्यासको चाप (P) सानो छ भने, ग्यासको आयतन (V) ठूलो हुन्छ। V जति ठूलो हुन्छ, n 2 / V 2 त्यति नै सानो हुन्छ । n 2 / V 2 जति सानो हुन्छ , अणुहरू बीचको आकर्षण बल पनि सानो हुन्छ।
(V – bn) = ग्यासको आयतन र ग्यास अणुहरूको कुल आयतन बीचको भिन्नता। स्थिरांक b ले ग्यास अणुहरूको एक मोलको आयतन जनाउँछ। n = मोलहरूको संख्या। b र n (bn) को गुणनफल = ग्यास अणुहरूको कुल आयतन। यदि ग्यासको चाप (P) बढी छ भने, ग्यासको आयतन (V) सानो हुन्छ।
V जति सानो हुन्छ, त्यति नै सानो (V – bn) हुन्छ। यसको अर्थ अणुहरू बीचको दूरी नजिक हुन्छ र अवश्य पनि अणुहरू बीचको आकर्षण बल बढी हुन्छ। यसको विपरीत, यदि ग्यासको चाप कम छ भने, ग्यासको आयतन ठूलो हुन्छ। ग्यासको आयतन जति ठूलो हुन्छ, त्यति नै ठूलो (V – bn) हुन्छ। (V – bn) जति ठूलो हुन्छ, ग्यास अणुहरू बीचको आकर्षण बल त्यति नै सानो हुन्छ।
हामी भन्न सक्छौं कि भ्यान डेर वाल्स राज्य समीकरणले वास्तविक ग्यासको अवस्थालाई आदर्श ग्यास समीकरण भन्दा बढी सटीक रूपमा वर्णन गर्दछ। जब ग्यासको चाप र घनत्व पर्याप्त ठूलो हुन्छ, भ्यान डेर वाल्स समीकरणले बढी सटीक परिणाम दिन्छ। यदि ग्यासको चाप धेरै ठूलो छैन भने, (an 2 / V 2 ) र (V-bn) लाई बेवास्ता गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा भ्यान डेर वाल्स राज्य समीकरण आदर्श ग्यास राज्य समीकरणमा परिणत हुन्छ।
