வான் டெர் வால்ஸ் என்பது ஜே.டி. வான் டெர் வால்ஸ் (1837–1923) என்ற டச்சு இயற்பியலாளரின் பெயர். வான் டெர் வால்ஸ் நிலைச் சமன்பாடு என்பது உண்மையில் ஒரு வாயு நிலைச் சமன்பாடாகும், இது இலட்சிய வாயு நிலைச் சமன்பாட்டைப் போன்றது . உண்மையான வாயுவின் அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி போதுமான அளவு அதிகமாக இருந்தால், இலட்சிய வாயுச் சமன்பாட்டால் துல்லியமான முடிவுகளை வழங்க முடியாது என்பதே இதிலுள்ள வேறுபாடு. இருப்பினும், வான் டெர் வால்ஸ் நிலைச் சமன்பாட்டால் மிகவும் துல்லியமான முடிவுகளை வழங்க முடியும்.
நல்லியல்பு வாயு நிலைச் சமன்பாட்டின் வரம்புகளை உணர்ந்த வான் டெர் வால்ஸ் என்பவரால் இந்தச் சமன்பாடு உருவானது. ஒரு உண்மையான வாயுவின் அழுத்தமும் அடர்த்தியும் போதுமான அளவு அதிகமாக இருக்கும்போது, அதன் நிலையைப் பாதிக்கும் பல காரணிகளைச் சேர்ப்பதன் மூலம் வால்ஸ் நல்லியல்பு வாயு நிலைச் சமன்பாட்டை மாற்றியமைத்தார்.
வாயுவின் அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது, அதன் வெப்பநிலையும் அடர்த்தியும் அதிகரிக்கின்றன, அதே சமயம் வாயுவின் கன அளவு குறைகிறது.
வாயு அழுத்தம் கனஅளவிற்கு நேர்மாறு விகிதத்தில் உள்ளது. வாயு அழுத்தம் அதிகரித்தால், கனஅளவு குறைகிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் கனஅளவு குறைந்தால், வாயு அழுத்தம் அதிகரிக்கிறது. வாயுவின் கனஅளவு குறையும்போது, வாயுவின் அடர்த்தி அதிகரிக்கிறது (அடர்த்தி = நிறை / கனஅளவு). அழுத்தம் அடர்த்திக்கு நேர் விகிதத்தில் உள்ளது என்றும் கூறலாம். வாயு அழுத்தம் அதிகமாக இருந்தால், வாயுவின் அடர்த்தியும் அதிகமாக இருக்கும். இதற்கு நேர்மாறாக, வாயு அழுத்தம் குறைவாக இருந்தால், வாயுவின் அடர்த்தியும் குறைவாக இருக்கும். வாயு அழுத்தம் வெப்பநிலைக்கு நேர் விகிதத்தில் உள்ளது. வாயு அழுத்தம் அதிகரித்தால், வாயுவின் வெப்பநிலையும் அடர்த்தியும் அதிகரிக்கும், அதே நேரத்தில் வாயுவின் கனஅளவு குறையும் என்று நாம் முடிவு செய்யலாம்.
ஒரு வாயுவின் கன அளவு குறையும்போது, மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான தூரம் குறைகிறது. மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான தூரம் குறையும்போது, அவை ஒன்றையொன்று ஈர்க்கின்றன. இது ஒரு இரும்புத் துண்டைக் காந்தத்திற்கு அருகில் கொண்டு வருவதைப் போன்றது. காந்தத்திற்கும் இரும்பிற்கும் இடையேயான தூரம் அதிகமாக இருந்தால், காந்தத்தால் இரும்பை ஈர்க்க முடியாது. ஆனால், காந்தத்திற்கும் இரும்பிற்கும் இடையேயான தூரம் குறைவாக இருந்தால், இரும்பு உடனடியாக அருகில் ஈர்க்கப்படுகிறது. மூலக்கூறுகள் மோதவிருக்கும் நிலையில், மூலக்கூறுகளின் வெளிப்புறத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஒன்றையொன்று விலக்குகின்றன (மின் விலக்கு விசை). இதன் விளைவாக, மூலக்கூறுகளால் ஒன்றாக ஒட்டிக்கொள்ள முடியாது. இந்தச் சுருக்கமான விளக்கத்திலிருந்து, மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான ஈர்ப்பு விசையும் வாயுவின் நிலையைப் பாதிக்கிறது என்று கூறலாம்.
வாயு அழுத்தம் போதுமான அளவு அதிகமாகவும், வாயுவின் கன அளவு குறைவாகவும் இருக்கும்போது, மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான தூரம் நெருக்கமாகிறது. இந்த நிலையில், மூலக்கூறுகள் வாயுவின் முழு கன அளவையும் கிட்டத்தட்ட நிரப்புகின்றன. மூலக்கூறுகளுக்கும் அளவு இருப்பதால் (அணு விட்டம் = 10⁻¹⁰ மீ ), இந்த மூலக்கூறுகளின் கன அளவையும் நாம் கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ள வேண்டும்.
நிலைச் சமன்பாடு
வான் டெர் வால்ஸ், மூலக்கூறுகளின் கன அளவையும் அவற்றுக்கிடையே நிகழும் இடைவினைகளையும் கணக்கில் கொண்டு, ஒரு நிலைச் சமன்பாட்டை வருவித்தார். வான் டெர் வால்ஸால் வருவிக்கப்பட்ட இந்தச் சமன்பாடு, நல்லியல்பு வாயுவின் நிலைச் சமன்பாடான PV = nRT என்பதன் ஒரு மாற்றியமைக்கப்பட்ட வடிவமாகும்.
தகவல்:
P = வாயு அழுத்தம் (N/m² = Pa)
V = வாயுவின் கன அளவு ( மீ³ )
R = சர்வ வாயு மாறிலி (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
T = வெப்பநிலை (K)
a = அனுபவ மாறிலி (இதன் மதிப்பு வாயு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான கவர்ச்சி விசையைப் பொறுத்தது)
b = அனுபவ மாறிலி (ஒரு மோல் வாயு மூலக்கூறுகளின் கன அளவைக் குறிக்கிறது)
n = மோல்களின் எண்ணிக்கை (mol)
bn = வாயு மூலக்கூறுகளின் மொத்தக் கன அளவு
a மற்றும் b ஆகிய மாறிலிகள் சோதனை மூலம் பெறப்படுகின்றன. a மற்றும் b ஆகிய மாறிலிகளின் மதிப்புகள் வாயுவின் வகையைப் பொறுத்து அமைகின்றன.
n² /V² = மோல்களின் எண்ணிக்கையின் (n) வர்க்கத்திற்கும் வாயுவின் கனஅளவின் (V) வர்க்கத்திற்கும் உள்ள விகிதம். n²/V²-இன் மதிப்பு வாயுவின் அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தியைப் பொறுத்தது. வாயுவின் அழுத்தம் (P) அதிகமாக இருந்தால், வாயுவின் கனஅளவு (V) குறைவாக இருக்கும். V குறைவாக இருந்தால், n² /V² அதிகமாக இருக்கும் . வாயுவின் கனஅளவு குறைவாக இருக்கும்போது (n² / V² அதிகமாக இருக்கும்போது), மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான தூரம் நெருக்கமாகிறது. மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான தூரம் எவ்வளவு நெருக்கமாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு அதிகமாக மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான இடைவினைக்கான (மோதல், ஒன்றையொன்று ஈர்க்கும்) சாத்தியம் இருக்கும். எனவே, n² / V² என்பது மாறிலி a-க்கு நேர் விகிதத்தில் உள்ளது (வான் டெர் வால்ஸ் சமன்பாட்டின் இடது பக்கத்துடன் ஒப்பிடுக). n² / V²- இன் மதிப்பு எவ்வளவு அதிகமாக இருக்கிறதோ , அவ்வளவு அதிகமாக மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான ஈர்ப்பு விசை (a) இருக்கும். இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் அழுத்தம் (P) குறைவாக இருந்தால், வாயுவின் கனஅளவு (V) அதிகமாகிறது. V அதிகமாக இருந்தால், n² / V² குறைவாக இருக்கும் . n 2 / V 2 இன் மதிப்பு குறைவாக இருந்தால் , மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான கவர்ச்சி விசையும் குறைவாக இருக்கும்.
(V – bn) = வாயுவின் கனஅளவுக்கும் வாயு மூலக்கூறுகளின் மொத்த கனஅளவுக்கும் உள்ள வேறுபாடு. b என்ற மாறிலி ஒரு மோல் வாயு மூலக்கூறுகளின் கனஅளவைக் குறிப்பிடுகிறது. n = மோல்களின் எண்ணிக்கை. b மற்றும் n-இன் பெருக்கற்பலன் (bn) = வாயு மூலக்கூறுகளின் மொத்த கனஅளவு. வாயுவின் அழுத்தம் (P) அதிகமாக இருந்தால், வாயுவின் கனஅளவு (V) குறைவாக இருக்கும்.
V குறைவாக இருந்தால், (V – bn) மதிப்பும் குறைவாக இருக்கும். இதன் பொருள், மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான தூரம் குறைவாக இருக்கும், மேலும் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான கவர்ச்சி விசையும் அதிகமாக இருக்கும். இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் அழுத்தம் குறைவாக இருந்தால், வாயுவின் கன அளவு அதிகமாக இருக்கும். வாயுவின் கன அளவு அதிகமாக இருந்தால், (V – bn) மதிப்பும் அதிகமாக இருக்கும். (V – bn) மதிப்பு அதிகமாக இருந்தால், வாயு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான கவர்ச்சி விசை குறைவாக இருக்கும்.
வான் டெர் வால்ஸ் நிலைச் சமன்பாடு, இலட்சிய வாயுச் சமன்பாட்டை விட ஒரு உண்மையான வாயுவின் நிலையை மிகவும் துல்லியமாக விவரிக்கிறது என்று நாம் கூறலாம். வாயுவின் அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி போதுமான அளவு அதிகமாக இருக்கும்போது, வான் டெர் வால்ஸ் சமன்பாடு மிகவும் துல்லியமான முடிவுகளைத் தருகிறது. வாயுவின் அழுத்தம் மிகவும் அதிகமாக இல்லாவிட்டால், (an 2 / V 2 ) மற்றும் (V-bn) ஆகியவற்றைப் புறக்கணிக்கலாம், அதனால் வான் டெர் வால்ஸ் நிலைச் சமன்பாடு இலட்சிய வாயு நிலைச் சமன்பாடாக மாறுகிறது.
