வான் டெர் வால்ஸ் என்பது ஜே.டி. வான் டெர் வால்ஸ் (1837-1923) என்ற டச்சு இயற்பியலாளரின் பெயர். வான் டெர் வால்ஸ் நிலைச் சமன்பாடு என்பது ஒரு இலட்சிய வாயுவின் நிலைச் சமன்பாட்டைப் போன்ற ஒரு வாயுவின் நிலைச் சமன்பாடாகும். வேறுபாடு என்னவென்றால், உண்மையான வாயுவின் அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி போதுமான அளவு அதிகமாக இருந்தால், இலட்சிய வாயுவின் நிலைச் சமன்பாட்டால் துல்லியமான முடிவுகளை வழங்க முடியாது. ஆனால், வான் டெர் வால்ஸ் நிலைச் சமன்பாட்டால் மிகவும் துல்லியமான முடிவுகளை உருவாக்க முடியும்.
இலட்சிய நிலைச் சமன்பாட்டின் வரம்புகளை உணர்ந்த வான் டெர் வால்ஸிடமிருந்து இந்தச் சமன்பாட்டின் தோற்றம் உருவானது. உண்மையான வாயுவின் அழுத்தமும் அடர்த்தியும் அதிகமாக இருக்கும்போது, அந்த வாயுவின் நிலையையும் பாதிக்கக்கூடிய பல காரணிகளைச் சேர்ப்பதன் மூலம், வால்ஸ் இலட்சிய வாயுவின் நிலைச் சமன்பாட்டை மாற்றியமைத்தார்.
வாயுவின் அழுத்தம் அதன் கனஅளவிற்கு நேர்மாறு விகிதத்தில் உள்ளது. வாயுவின் அழுத்தம் அதிகரித்தால், வாயுவின் கனஅளவு குறையும். இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் கனஅளவு குறைந்தால், வாயுவின் அழுத்தம் அதிகரிக்கும். வாயுவின் கனஅளவு குறையும்போது, அதன் அடர்த்தி அதிகரிக்கும் (அடர்த்தி = நிறை / கனஅளவு). அழுத்தம் அடர்த்திக்கு நேர் விகிதத்தில் உள்ளது என்றும் கூறலாம். வாயுவின் அழுத்தம் அதிகமாக இருந்தால், அதன் அடர்த்தியும் அதிகமாக இருக்கும். இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் அழுத்தம் குறைவாக இருந்தால், அதன் அடர்த்தியும் குறைவாக இருக்கும். வாயுவின் அழுத்தம் வெப்பநிலைக்கு நேர் விகிதத்தில் உள்ளது. வாயுவின் அழுத்தம் அதிகரித்தால், வாயுவின் வெப்பநிலையும் அடர்த்தியும் அதிகரிக்கும், அதே நேரத்தில் வாயுவின் கனஅளவு குறையும் என்று நாம் முடிவு செய்யலாம்.
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 நெருக்கமாக ஈர்க்கப்படுகிறது. மூலக்கூறுகள் மோதுவதற்கு முன்பாக, மூலக்கூறின் வெளிப்புறத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஒன்றையொன்று விலக்குகின்றன (மின் விலக்கு விசை). இதன் விளைவாக, மூலக்கூறுகள் ஒன்றாக ஒட்டிக்கொள்ள முடியாது. இந்தச் சுருக்கமான விளக்கத்திலிருந்து, மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான ஈர்ப்பு விசை வாயுவின் நிலையைப் பாதிக்கிறது என்று கூறலாம்.
வாயு அழுத்தம் போதுமான அளவு அதிகமாக இருக்கும்போதும், வாயுவின் கன அளவு குறையும்போதும், மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான தூரம் நெருக்கமாகிறது. மூலக்கூறுகளுக்கும் ஒரு அளவு (அணு விட்டம் = 10⁻¹⁰ மீ) இருப்பதால் , இந்த மூலக்கூறுகளின் கன அளவையும் நாம் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும்.
வான் டெர் வால்ஸ், மூலக்கூறு கனஅளவையும் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே நிகழும் இடைவினைகளையும் கருத்தில் கொண்டு, ஒரு நிலைச் சமன்பாட்டைச் சுருக்குகிறார். வான் டெர் வால்ஸால் வருவிக்கப்பட்ட சமன்பாடு, நல்லியல்பு வாயு நிலைச் சமன்பாடான PV = n R T-ஐ மாற்றியமைத்ததன் விளைவாகும். வான் டெர் வால்ஸ் நிலைச் சமன்பாடு:
P = வாயு அழுத்தம் (N / m 2 = 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 ஈர்ப்பு விசையைப் பொறுத்தது)
b = அனுபவ மாறிலி (ஒரு மோல் வாயு மூலக்கூறுகளின் கன அளவைக் குறிக்கும்)
n = மோல்களின் எண்ணிக்கை (mol)
bn = வாயு மூலக்கூறுகளின் மொத்தக் கன அளவு
a மற்றும் b ஆகிய மாறிலிகள் சோதனைகள் மூலம் பெறப்படுகின்றன. a மற்றும் b ஆகிய மாறிலி மதிப்புகள் வாயுவின் வகையைப் பொறுத்து அமைகின்றன.
n2 / வி2 = மோல்களின் எண்ணிக்கை (n) மற்றும் வாயுவின் கனஅளவின் (V) வர்க்கம் ஆகியவற்றின் இருபடி விகிதம். n-இன் மதிப்பு2 / வி2 இது வாயுவின் அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தியைப் பொறுத்தது. வாயுவின் அழுத்தம் (P) அதிகமாக இருந்தால், வாயுவின் கன அளவு (V) குறைவாக இருக்கும். V எவ்வளவு குறைவாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு அதிகமாக n இருக்கும்.2 / வி2வாயுவின் கன அளவு குறைவாக இருக்கும்போது (n2 / வி2 n அதிகமாக இருந்தால், மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான தூரம் குறைவாக இருக்கும். மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான தூரம் எவ்வளவு குறைவாக இருக்கிறதோ, அந்த அளவிற்கு இந்த மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான இடைவினைகள் (மோதுதல், ஒன்றையொன்று இழுத்தல்) அதிகமாக இருக்கும். எனவே, n2 / வி2 ஒரு மாறிலிக்கு நேர் விகிதத்தில் உள்ளது (வான் டெர் வால்ஸ் சமன்பாட்டுடன் ஒப்பிடுக). n-இன் மதிப்பு அதிகமாக இருந்தால்2 / வி2மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான ஈர்ப்பு அதிகமாக இருக்கும் (அ).
இதற்கு நேர்மாறாக, வாயு அழுத்தம் (P) குறைவாக இருந்தால், வாயுவின் கன அளவு (V) அதிகமாகும். V அதிகமாக இருந்தால், n குறைவாக இருக்கும்.2 / வி2n குறைவாக இருந்தால்2 / வி2மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான கவர்ச்சி விசை குறைவாக இருக்கும்.
(V – bn) = வாயுவின் கனஅளவுக்கும் வாயு மூலக்கூறுகளின் மொத்த கனஅளவுக்கும் உள்ள வேறுபாடு. b என்ற மாறிலி ஒரு மோல் வாயு மூலக்கூறுகளின் கனஅளவைக் குறிக்கிறது. n = மோல்களின் எண்ணிக்கை. b மற்றும் n-க்கு இடையிலான நேரங்களின் பெருக்கற்பலன் (bn) = வாயு மூலக்கூறுகளின் மொத்த கனஅளவு. வாயுவின் அழுத்தம் (P) கணிசமாக அதிகரிக்கும்போது, வாயுவின் கனஅளவு (V) குறைகிறது.
V குறையக் குறைய, (V – bn) மதிப்பும் குறையும். இதன் பொருள், மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான தூரம் அதிகரித்து, அதன் விளைவாக மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான ஈர்ப்பு விசையும் அதிகரிக்கும். இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் அழுத்தம் குறையும்போது, வாயுவின் கன அளவு அதிகரிக்கும். வாயுவின் கன அளவு எவ்வளவு அதிகமாக இருக்கிறதோ, (V – bn) மதிப்பும் அவ்வளவு அதிகமாக இருக்கும். (V – bn) மதிப்பு எவ்வளவு அதிகமாக இருக்கிறதோ, வாயு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான ஈர்ப்பு விசை அவ்வளவு குறைவாக இருக்கும்.
நல்லியல்பு வாயுச் சமன்பாட்டை விட, வான் டெர் வால்ஸ் நிலைச் சமன்பாடு உண்மையான வாயு நிலையை மிகவும் துல்லியமாக விவரிக்கிறது என்று நாம் கூறலாம். அழுத்தமும் வாயு அடர்த்தியும் போதுமான அளவு அதிகமாக இருக்கும்போது, வான் டெர் வால்ஸ் சமன்பாடு மிகவும் துல்லியமான முடிவுகளைத் தருகிறது. வாயு அழுத்தம் மிகவும் அதிகமாக இல்லாவிட்டால், (an 2 / V 2 ) மற்றும் (V-bn) ஆகியவற்றைப் புறக்கணிக்கலாம், அதனால் வான் டெர் வால்ஸ் நிலைச் சமன்பாடு ஒரு நல்லியல்பு வாயு நிலைச் சமன்பாடாக மாறுகிறது.
