Van der Waals equation ya serikali

Van der Waals ni jina la mwanafizikia wa Uholanzi, J.D. van der Waals (1837–1923). Mlinganyo wa hali wa van der Waals kwa kweli ni mlinganyo wa hali wa gesi, sawa na mlinganyo bora wa hali wa gesi . Tofauti ni kwamba mlinganyo bora wa gesi hauwezi kutoa matokeo sahihi ikiwa shinikizo na msongamano wa gesi halisi ni kubwa vya kutosha. Hata hivyo, mlinganyo wa hali wa van der Waals unaweza kutoa matokeo sahihi zaidi.

Mlinganyo huu ulitokana na Van der Waals, ambaye alitambua mapungufu ya mlinganyo bora wa gesi wa hali. Waals walirekebisha mlinganyo bora wa gesi wa hali kwa kuongeza mambo kadhaa yanayoathiri hali ya gesi halisi wakati shinikizo na msongamano wa gesi halisi ukiwa juu vya kutosha.

Kadri shinikizo la gesi linavyoongezeka, ndivyo halijoto na msongamano wa gesi unavyoongezeka, huku ujazo wa gesi ukipungua.

Shinikizo la gesi ni kinyume na ujazo. Shinikizo la gesi likiongezeka, ujazo hupungua. Kinyume chake, ikiwa ujazo wa gesi hupungua, shinikizo la gesi huongezeka. Kiasi cha gesi kinapopungua, msongamano wa gesi huongezeka (wiani = msongamano = uzito / ujazo). Inaweza kusemwa kwamba shinikizo ni sawa na msongamano. Ikiwa shinikizo la gesi ni kubwa, basi msongamano wa gesi pia ni mkubwa. Kinyume chake, ikiwa shinikizo la gesi ni ndogo, basi msongamano wa gesi pia ni mdogo. Shinikizo la gesi pia ni sawa na halijoto. Ikiwa shinikizo la gesi huongezeka, joto la gesi huongezeka. Tunaweza kuhitimisha kwamba ikiwa shinikizo la gesi huongezeka, joto la gesi na msongamano huongezeka, huku ujazo wa gesi ukipungua.

Wakati ujazo wa gesi unapungua, umbali kati ya molekuli unakaribia zaidi. Kadri umbali kati ya molekuli unavyokaribia zaidi, molekuli huvutiana. Ni sawa na wakati kipande cha chuma kinapoletwa karibu na sumaku. Ikiwa umbali kati ya sumaku na chuma ni wa kutosha, sumaku haiwezi kuvutia chuma. Lakini ikiwa umbali kati ya sumaku na chuma ni karibu zaidi, chuma huvutwa karibu zaidi mara moja. Wakati molekuli zinakaribia kugongana, elektroni zilizo nje ya molekuli hurudishana (kurudiana kwa umeme). Matokeo yake, molekuli haziwezi kushikamana. Kutokana na maelezo haya mafupi, inaweza kusemwa kwamba nguvu ya kuvutia kati ya molekuli pia huathiri hali ya gesi.

Wakati shinikizo la gesi linapokuwa kubwa vya kutosha na ujazo wa gesi ni mdogo, umbali kati ya molekuli unakuwa karibu zaidi. Katika hali hii, molekuli hujaza karibu ujazo mzima wa gesi. Kwa sababu molekuli pia zina ukubwa (kipenyo cha atomiki = 10-10 ^m ), tunahitaji pia kuzingatia ujazo wa molekuli hizi.

Mlinganyo wa hali

Van der Waals alipata mlinganyo wa hali, akizingatia ujazo wa molekuli na mwingiliano unaotokea kati ya molekuli. Mlinganyo unaotokana na Van der Waals ni marekebisho ya mlinganyo bora wa gesi wa hali ya PV = nRT.

Taarifa:

P = Shinikizo la gesi (N/m2 ⁼ Pa)

V = Kiasi cha gesi (m ³ )

R = Kigezo cha gesi cha ulimwengu wote (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)

T = Halijoto (K)

a = Kigezo cha kielelezo (thamani yake inategemea nguvu ya kuvutia kati ya molekuli za gesi)

b = kigezo cha majaribio (kinawakilisha ujazo wa molekuli moja ya gesi)

n = Idadi ya moles (mol)

bn = Jumla ya kiasi cha molekuli za gesi

Vigezo a na b hupatikana kwa majaribio. Thamani za vigezo a na b hutegemea aina ya gesi.

n ² / V ² = uwiano wa mraba wa idadi ya molekuli (n) na mraba wa ujazo wa gesi (V). Thamani ya n ² / V ² inategemea shinikizo na msongamano wa gesi. Ikiwa shinikizo la gesi (P) ni kubwa, basi ujazo wa gesi (V) ni mdogo. V ndogo, n ² / V ² kubwa . Wakati ujazo wa gesi ni mdogo (n ² / V ² ni kubwa) umbali kati ya molekuli unakuwa karibu zaidi. Kadiri umbali kati ya molekuli ulivyo karibu zaidi, ndivyo uwezekano mkubwa wa mwingiliano kati ya molekuli (mgongano, mvuto kwa kila mmoja). Kwa hivyo n ² / V ² ni sawa moja kwa moja na a isiyobadilika (linganisha na mlinganyo wa van der Waals, upande wa kushoto). Kadiri thamani ya n ² / V ² inavyokuwa kubwa , ndivyo nguvu ya kuvutia kati ya molekuli inavyokuwa kubwa zaidi. Kinyume chake, ikiwa shinikizo la gesi (P) ni ndogo, basi ujazo wa gesi (V) unakuwa mkubwa. V kubwa, n ² / V ² ndogo zaidi . Kadiri n ² / V ² ilivyo ndogo , nguvu ya kuvutia kati ya molekuli pia ni ndogo.

(V - bn) = Tofauti kati ya ujazo wa gesi na ujazo wote wa molekuli za gesi. Kigezo cha b kinasema ujazo wa molekuli moja ya gesi. n = idadi ya molekuli. Bidhaa ya b na n (bn) = ujazo wote wa molekuli za gesi. Ikiwa shinikizo la gesi (P) ni kubwa zaidi, ujazo wa gesi (V) ni mdogo.

V ndogo, ndogo zaidi (V - bn). Hii ina maana kwamba umbali kati ya molekuli uko karibu zaidi na bila shaka nguvu ya kuvutia kati ya molekuli ni kubwa zaidi. Kinyume chake, ikiwa shinikizo la gesi ni la chini, ujazo wa gesi ni mkubwa zaidi. Kadiri ujazo wa gesi ulivyo mkubwa, ndivyo (V - bn) ulivyo mkubwa zaidi (V - bn). Kadiri (V - bn) ulivyo mkubwa zaidi, ndivyo nguvu ya kuvutia kati ya molekuli za gesi inavyokuwa ndogo zaidi.

Tunaweza kusema kwamba mlinganyo wa hali wa van der Waals unaelezea hali ya gesi halisi kwa usahihi zaidi kuliko mlinganyo bora wa gesi. Wakati shinikizo la gesi na msongamano ni mkubwa vya kutosha, mlinganyo wa van der Waals hutoa matokeo sahihi zaidi. Ikiwa shinikizo la gesi si kubwa sana, basi ( ² / V ² ) na (V-bn) vinaweza kupuuzwa, ili mlinganyo wa hali wa van der Waals ugeuke kuwa mlinganyo bora wa gesi wa hali.