राज्यहरूको भ्यान डेर वाल्स समीकरण

भ्यान डेर वाल्स डच भौतिकशास्त्री जेडी भ्यान डेर वाल्स (१८३७-१९२३) को नाम हो। भ्यान डेर वाल्स राज्य समीकरण ग्यासको अवस्थाको समीकरण हो, जुन आदर्श ग्यासको अवस्थाको समीकरण जस्तै हो। भिन्नता यो हो कि, यदि वास्तविक ग्यासको दबाब र घनत्व पर्याप्त ठूलो छ भने आदर्श ग्यासको अवस्थाको समीकरणले सही परिणाम दिन सक्दैन। जबकि भ्यान डेर वाल्स राज्य समीकरणले अझ सटीक परिणामहरू उत्पादन गर्न सक्छ।

यस समीकरणको अस्तित्व भ्यान डेर वाल्सबाट उत्पन्न भएको हो, जसले आदर्श अवस्थाको समीकरणको सीमितताहरू महसुस गरे। वाल्स, वास्तविक ग्यासको दबाब र घनत्व ठूलो हुँदा वास्तविक ग्यास अवस्थालाई पनि प्रभाव पार्ने धेरै कारकहरू थपेर आदर्श ग्यासको अवस्थाको समीकरण परिमार्जन गर्नुहोस्।

ग्यासको चाप आयतनको विपरीत समानुपातिक हुन्छ। यदि ग्यासको चाप बढ्यो भने, ग्यासको आयतन घट्छ। यसको विपरीत, यदि ग्यासको आयतन घट्यो भने, ग्यासको चाप बढ्छ। जब ग्यासको आयतन घट्छ, ग्यासको घनत्व बढ्छ (घनत्व = द्रव्यमान / आयतन)। यो भन्न सकिन्छ कि दबाब घनत्वको प्रत्यक्ष समानुपातिक हुन्छ। यदि ग्यासको चाप ठूलो छ भने, ग्यासको घनत्व पनि ठूलो हुन्छ। यसको विपरीत, यदि ग्यासको चाप सानो छ भने, ग्यासको घनत्व पनि सानो 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 घट्छ, जबकि ग्यासको आयतन घट्छ।

जब ग्यासको मात्रा घट्छ, अणुहरू बीचको दूरी नजिक आउँछ। जब अणुहरू बीचको दूरी नजिक आउँछ, अणुहरू एकअर्कालाई आकर्षित गर्छन्। यो फलामको टुक्रालाई चुम्बकको नजिक ल्याइँदा जस्तै हो। यदि चुम्बक र फलाम बीचको दूरी पर्याप्त छ भने, चुम्बकले फलाम तान्न सक्दैन। तर यदि चुम्बक र फलाम बीचको दूरी नजिक छ भने, फलामलाई नजिक तानिन्छ। जब अणुहरू ठोक्किन लागेका हुन्छन्, अणु बाहिर रहेका इलेक्ट्रोनहरूले एकअर्कालाई भगाउँछन् (विद्युत प्रतिकर्षण)। फलस्वरूप, अणुहरू एकसाथ टाँसिन सक्दैनन्। यो संक्षिप्त विवरणबाट, यो भन्न सकिन्छ कि अणुहरू बीचको तान्ने बलले ग्यास अवस्थालाई प्रभाव पार्छ।

जब ग्यासको चाप पर्याप्त हुन्छ, र ग्यासको आयतन सानो हुन्छ, अणुहरू बीचको दूरी नजिक हुन्छ। किनभने अणुहरूको पनि आकार हुन्छ (परमाणु व्यास = १० ^-१० मिटर), त्यसैले हामीले यी अणुहरूको आयतनलाई पनि विचार गर्न आवश्यक छ।

भ्यान डेर वाल्सले आणविक आयतन र अणुहरू बीच हुने अन्तरक्रियाहरूलाई विचार गर्दै अवस्थाको समीकरण घटाउँछन्। भ्यान डेर वाल्सद्वारा व्युत्पन्न समीकरण आदर्श ग्यास अवस्था समीकरण PV = n R T को परिमार्जनको परिणाम हो। भ्यान डेर वाल्स अवस्थाको समीकरण:

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 (मान ग्यास अणुहरू बीचको आकर्षण बलमा निर्भर गर्दछ)

b = अनुभवजन्य स्थिरांक (ग्यास अणुहरूको एक तिलको आयतन प्रतिनिधित्व गर्ने)

n = मोलहरूको संख्या (मोल)

bn = ग्यास अणुहरूको कुल आयतन

स्थिरांक a र b प्रयोगहरू मार्फत प्राप्त गरिन्छन्। स्थिरांक मान a र b ग्यासको प्रकारमा निर्भर गर्दछ।

n² / वी² = मोल (n) को संख्या र ग्यासको आयतन (V) को वर्गको द्विघात अनुपात। n को मान² / वी² ग्यासको चाप र घनत्वमा निर्भर गर्दछ। यदि ग्यासको चाप (P) ठूलो छ भने, ग्यासको आयतन (V) सानो हुन्छ। V जति सानो हुन्छ, n त्यति नै ठूलो हुन्छ।² / वी². जब ग्यासको मात्रा सानो हुन्छ (n² / वी² ठूलो छ) अणुहरू बीचको दूरी जति नजिक हुन्छ। अणुहरू बीचको दूरी जति नजिक हुन्छ, यी अणुहरू बीचको अन्तरक्रिया त्यति नै बढी हुन्छ (टक्कर, एकसाथ तान्नु)। त्यसैले, n² / वी² स्थिरांकसँग प्रत्यक्ष समानुपातिक हुन्छ (भ्यान डेर वाल्स समीकरणसँग तुलना गर्नुहोस्)। n को मान जति ठूलो हुन्छ² / वी², अणुहरू बीचको आकर्षण जति बढी हुन्छ (a)।
यसको विपरीत, यदि ग्यासको चाप (P) सानो छ भने, ग्यासको आयतन (V) ठूलो हुन्छ। V जति बढी प्रख्यात हुन्छ, n त्यति नै सानो हुन्छ।² / वी²। जति कम हुन्छ, त्यति नै² / वी², अणुहरू बीचको आकर्षण बल जति कम हुन्छ।

(V – bn) = ग्यासको आयतन र ग्यास अणुहरूको कुल आयतन बीचको भिन्नता। स्थिरांक b ले ग्यास अणुहरूको एक मोलको आयतनलाई जनाउँछ। n = मोलहरूको संख्या। b र n (bn) बीचको समयको गुणनफल = ग्यास अणुहरूको कुल आयतन। यदि ग्यासको चाप (P) बढी महत्त्वपूर्ण हुन्छ भने, ग्यासको आयतन (V) सानो हुन्छ।

V जति सानो हुन्छ, त्यति नै सानो (V – bn) हुन्छ। यसको अर्थ अणुहरू बीचको दूरी बढ्छ र अवश्य पनि, अणुहरू बीचको आकर्षण बढ्छ। यसको विपरीत, यदि ग्यासको चाप सानो हुन्छ भने, ग्यासको आयतन ठूलो हुन्छ। ग्यासको आयतन जति महत्त्वपूर्ण हुन्छ, त्यति नै बढी (V – bn) हुन्छ। जति ठूलो (V – bn) हुन्छ, ग्यास अणुहरू बीचको आकर्षण त्यति नै कम हुन्छ।

हामी भन्न सक्छौं कि भ्यान डेर वाल्स अवस्थाको समीकरणले आदर्श ग्यास समीकरण भन्दा वास्तविक ग्यास अवस्थालाई बढी सटीक रूपमा वर्णन गर्दछ। जब दबाब र ग्यास घनत्व पर्याप्त ठूलो हुन्छ, भ्यान डेर वाल्स समीकरणले बढी सटीक परिणाम दिन्छ। यदि ग्यासको दबाब धेरै ठूलो छैन भने, (an ² / V ² ) र (V-bn) लाई बेवास्ता गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा भ्यान डेर वाल्स अवस्था समीकरण आदर्श ग्यास अवस्था समीकरणमा परिवर्तन हुन्छ।