వాన్ డెర్ వాల్స్ అనేది డచ్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త అయిన జె.డి. వాన్ డెర్ వాల్స్ (1837–1923) పేరు. వాన్ డెర్ వాల్స్ స్థితి సమీకరణం వాస్తవానికి ఒక వాయు స్థితి సమీకరణం, ఇది ఆదర్శ వాయు స్థితి సమీకరణాన్ని పోలి ఉంటుంది . తేడా ఏమిటంటే, నిజ వాయువు యొక్క పీడనం మరియు సాంద్రత తగినంత ఎక్కువగా ఉంటే ఆదర్శ వాయు సమీకరణం కచ్చితమైన ఫలితాలను ఇవ్వలేదు. అయితే, వాన్ డెర్ వాల్స్ స్థితి సమీకరణం మరింత కచ్చితమైన ఫలితాలను ఇవ్వగలదు.
ఆదర్శ వాయు స్థితి సమీకరణం యొక్క పరిమితులను గుర్తించిన వాన్ డెర్ వాల్స్తో ఈ సమీకరణం ప్రారంభమైంది. ఒక నిజ వాయువు యొక్క పీడనం మరియు సాంద్రత తగినంత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, ఆ వాయువు యొక్క స్థితిని ప్రభావితం చేసే అనేక కారకాలను జోడించడం ద్వారా వాల్స్ ఆదర్శ వాయు స్థితి సమీకరణాన్ని సవరించారు.
వాయు పీడనం పెరిగే కొద్దీ, వాయువు యొక్క ఉష్ణోగ్రత మరియు సాంద్రత పెరుగుతాయి, అయితే వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణం తగ్గుతుంది.
వాయు పీడనం ఘనపరిమాణానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది. వాయు పీడనం పెరిగితే, ఘనపరిమాణం తగ్గుతుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, వాయు ఘనపరిమాణం తగ్గితే, వాయు పీడనం పెరుగుతుంది. వాయు ఘనపరిమాణం తగ్గినప్పుడు, వాయు సాంద్రత పెరుగుతుంది (సాంద్రత = ద్రవ్యరాశి / ఘనపరిమాణం). పీడనం సాంద్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని చెప్పవచ్చు. వాయు పీడనం ఎక్కువగా ఉంటే, వాయు సాంద్రత కూడా ఎక్కువగా ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, వాయు పీడనం తక్కువగా ఉంటే, వాయు సాంద్రత కూడా తక్కువగా ఉంటుంది. వాయు పీడనం ఉష్ణోగ్రతకు కూడా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. వాయు పీడనం పెరిగితే, వాయు ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది. వాయు పీడనం పెరిగితే, వాయు ఉష్ణోగ్రత మరియు సాంద్రత పెరుగుతాయని, అయితే వాయు ఘనపరిమాణం తగ్గుతుందని మనం నిర్ధారించవచ్చు.
వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణం తగ్గినప్పుడు, అణువుల మధ్య దూరం దగ్గరవుతుంది. అణువుల మధ్య దూరం దగ్గరపడే కొద్దీ, అవి ఒకదానికొకటి ఆకర్షించుకుంటాయి. ఇది ఒక ఇనుము ముక్కను అయస్కాంతానికి దగ్గరగా తీసుకువచ్చినప్పుడు జరిగే దానిని పోలి ఉంటుంది. అయస్కాంతానికి, ఇనుముకు మధ్య దూరం చాలా ఎక్కువగా ఉంటే, అయస్కాంతం ఇనుమును ఆకర్షించలేదు. కానీ అయస్కాంతానికి, ఇనుముకు మధ్య దూరం దగ్గరగా ఉంటే, ఇనుము వెంటనే దగ్గరకు లాగబడుతుంది. అణువులు ఢీకొనబోతున్నప్పుడు, అణువుల బయట ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు ఒకదానికొకటి వికర్షించుకుంటాయి (విద్యుత్ వికర్షణ). ఫలితంగా, అణువులు ఒకదానికొకటి అంటుకోలేవు. ఈ సంక్షిప్త వివరణ నుండి, అణువుల మధ్య ఉండే ఆకర్షణ శక్తి వాయువు యొక్క స్థితిని కూడా ప్రభావితం చేస్తుందని చెప్పవచ్చు.
వాయు పీడనం తగినంత ఎక్కువగా ఉండి, వాయు ఘనపరిమాణం తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, అణువుల మధ్య దూరం దగ్గరవుతుంది. ఈ సందర్భంలో, అణువులు వాయువు యొక్క దాదాపు మొత్తం ఘనపరిమాణాన్ని ఆక్రమిస్తాయి. అణువులకు కూడా పరిమాణం (పరమాణు వ్యాసం = 10⁻¹⁰ మీ ) ఉంటుంది కాబట్టి, మనం ఈ అణువుల ఘనపరిమాణాన్ని కూడా పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి.
స్థితి సమీకరణం
వాన్ డెర్ వాల్స్ అణువుల ఘనపరిమాణాన్ని మరియు అణువుల మధ్య జరిగే పరస్పర చర్యలను పరిగణనలోకి తీసుకుని, ఒక స్థితి సమీకరణాన్ని ఉత్పాదించారు. వాన్ డెర్ వాల్స్ ఉత్పాదించిన సమీకరణం, ఆదర్శ వాయు స్థితి సమీకరణం PV = nRT యొక్క ఒక మార్పు.
సమాచారం :
P = వాయు పీడనం (N/m 2 = Pa)
V = వాయు పరిమాణం (m 3 )
R = విశ్వ వాయు స్థిరాంకం (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
T = ఉష్ణోగ్రత (కెల్విన్)
a = అనుభావిక స్థిరాంకం (దీని విలువ వాయు అణువుల మధ్య ఆకర్షణ శక్తిపై ఆధారపడి ఉంటుంది)
b = అనుభావిక స్థిరాంకం (ఒక మోల్ వాయు అణువుల ఘనపరిమాణాన్ని సూచిస్తుంది)
n = మోల్ల సంఖ్య (mol)
bn = వాయు అణువుల మొత్తం ఘనపరిమాణం
a మరియు b స్థిరాంకాలు ప్రయోగాత్మకంగా పొందబడతాయి. a మరియు b స్థిరాంకాల విలువలు వాయువు రకంపై ఆధారపడి ఉంటాయి.
n² /V² అనేది మోల్ల సంఖ్య (n) యొక్క వర్గానికి, వాయు ఘనపరిమాణం (V) యొక్క వర్గానికి గల నిష్పత్తి. n²/V² విలువ వాయువు యొక్క పీడనం మరియు సాంద్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. వాయు పీడనం (P) ఎక్కువగా ఉంటే, వాయు ఘనపరిమాణం (V) తక్కువగా ఉంటుంది. V ఎంత తక్కువగా ఉంటే, n²/V² అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. వాయు ఘనపరిమాణం తక్కువగా ఉన్నప్పుడు (n²/V² ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు), అణువుల మధ్య దూరం దగ్గరవుతుంది. అణువుల మధ్య దూరం ఎంత దగ్గరగా ఉంటే, అణువుల మధ్య పరస్పర చర్య (ఘర్షణ, ఒకదానికొకటి ఆకర్షణ) జరిగే అవకాశం అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల n² /V² స్థిరాంకం ' a ' కు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది ( వాన్ డెర్ వాల్స్ సమీకరణం, ఎడమ వైపుతో పోల్చండి). n² /V² విలువ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే , అణువుల మధ్య ఆకర్షణ శక్తి (a) అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, వాయు పీడనం (P) తక్కువగా ఉంటే, వాయు ఘనపరిమాణం (V) ఎక్కువగా ఉంటుంది. V ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, n² / V² అంత తక్కువగా ఉంటుంది . n 2 / V 2 విలువ ఎంత తక్కువగా ఉంటే , అణువుల మధ్య ఆకర్షణ శక్తి కూడా అంత తక్కువగా ఉంటుంది.
(V – bn) = వాయు ఘనపరిమాణానికి మరియు వాయు అణువుల మొత్తం ఘనపరిమాణానికి మధ్య గల వ్యత్యాసం. స్థిరాంకం b ఒక మోల్ వాయు అణువుల ఘనపరిమాణాన్ని సూచిస్తుంది. n = మోల్ల సంఖ్య. b మరియు n ల లబ్ధం (bn) = వాయు అణువుల మొత్తం ఘనపరిమాణం. వాయు పీడనం (P) ఎక్కువగా ఉంటే, వాయు ఘనపరిమాణం (V) తక్కువగా ఉంటుంది.
V విలువ ఎంత తక్కువగా ఉంటే, (V – bn) విలువ అంత తక్కువగా ఉంటుంది. దీని అర్థం అణువుల మధ్య దూరం దగ్గరగా ఉంటుంది మరియు సహజంగానే అణువుల మధ్య ఆకర్షణ శక్తి ఎక్కువగా ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, వాయు పీడనం తక్కువగా ఉంటే, వాయు ఘనపరిమాణం ఎక్కువగా ఉంటుంది. వాయు ఘనపరిమాణం ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, (V – bn) విలువ అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. (V – bn) విలువ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, వాయు అణువుల మధ్య ఆకర్షణ శక్తి అంత తక్కువగా ఉంటుంది.
ఆదర్శ వాయు సమీకరణం కంటే వాన్ డెర్ వాల్స్ స్థితి సమీకరణం నిజ వాయువు యొక్క స్థితిని మరింత ఖచ్చితంగా వివరిస్తుందని మనం చెప్పవచ్చు. వాయు పీడనం మరియు సాంద్రత తగినంత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, వాన్ డెర్ వాల్స్ సమీకరణం మరింత ఖచ్చితమైన ఫలితాలను ఇస్తుంది. వాయు పీడనం మరీ ఎక్కువగా లేకపోతే, అప్పుడు (an 2 / V 2 ) మరియు (V-bn) లను విస్మరించవచ్చు, తద్వారా వాన్ డెర్ వాల్స్ స్థితి సమీకరణం ఆదర్శ వాయు స్థితి సమీకరణంగా మారుతుంది.
