వాన్ డెర్ వాల్స్ ఈక్వేషన్ ఆఫ్ స్టేట్స్

వాన్ డెర్ వాల్స్ అనేది డచ్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త జె.డి. వాన్ డెర్ వాల్స్ (1837-1923) పేరు. వాన్ డెర్ వాల్స్ స్థితి సమీకరణం అనేది ఒక వాయువు యొక్క స్థితి సమీకరణం, ఇది ఆదర్శ వాయువు యొక్క స్థితి సమీకరణాన్ని పోలి ఉంటుంది. తేడా ఏమిటంటే, నిజ వాయువు యొక్క పీడనం మరియు సాంద్రత తగినంత ఎక్కువగా ఉంటే, ఆదర్శ వాయువు యొక్క స్థితి సమీకరణం కచ్చితమైన ఫలితాలను ఇవ్వలేదు. అయితే, వాన్ డెర్ వాల్స్ స్థితి సమీకరణం మరింత కచ్చితమైన ఫలితాలను ఇవ్వగలదు.

ఆదర్శ స్థితి సమీకరణం యొక్క పరిమితులను గ్రహించిన వాన్ డెర్ వాల్స్ నుండి ఈ సమీకరణం యొక్క ఉనికి ఉద్భవించింది. నిజ వాయువు యొక్క పీడనం మరియు సాంద్రత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, నిజ వాయువు పరిస్థితిని కూడా ప్రభావితం చేసే అనేక కారకాలను జోడించడం ద్వారా వాల్స్ ఆదర్శ వాయువు యొక్క స్థితి సమీకరణాన్ని సవరించారు.

వాయు పీడనం ఘనపరిమాణానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది. వాయు పీడనం పెరిగితే, వాయు 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, వాయువు యొక్క ఉష్ణోగ్రత మరియు సాంద్రత పెరుగుతాయని, అయితే వాయు ఘనపరిమాణం తగ్గుతుందని మనం నిర్ధారించవచ్చు.

వాయువు ఘనపరిమాణం తగ్గినప్పుడు, అణువుల మధ్య దూరం దగ్గరవుతుంది. అణువుల మధ్య దూరం దగ్గరైనప్పుడు, అవి ఒకదానికొకటి ఆకర్షించుకుంటాయి. ఇది ఒక ఇనుము ముక్కను అయస్కాంతానికి దగ్గరగా తీసుకువచ్చినట్లు ఉంటుంది. అయస్కాంతానికి, ఇనుముకు మధ్య దూరం చాలా ఎక్కువగా ఉంటే, అయస్కాంతం ఇనుమును లాగలేదు. కానీ అయస్కాంతానికి, ఇనుముకు మధ్య దూరం దగ్గరగా ఉంటే, ఇనుము దగ్గరకు లాగబడుతుంది. అణువులు ఢీకొనబోతున్నప్పుడు, అణువు వెలుపల ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు ఒకదానికొకటి వికర్షించుకుంటాయి (విద్యుత్ వికర్షణ). ఫలితంగా, అణువులు ఒకదానికొకటి అంటుకోలేవు. ఈ సంక్షిప్త వివరణ నుండి, అణువుల మధ్య ఉండే ఆకర్షణ శక్తి వాయు స్థితిని ప్రభావితం చేస్తుందని చెప్పవచ్చు.

వాయు పీడనం తగినంత ఎక్కువగా ఉండి, వాయు ఘనపరిమాణం తక్కువగా అయినప్పుడు, అణువుల మధ్య దూరం దగ్గరవుతుంది. అణువులకు కూడా పరిమాణం (పరమాణు వ్యాసం = 10⁻¹⁰ మీ) ఉంటుంది కాబట్టి ^, మనం ఈ అణువుల ఘనపరిమాణాన్ని కూడా పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి.

వాన్ డెర్ వాల్స్ అణువుల ఘనపరిమాణాన్ని మరియు అణువుల మధ్య జరిగే పరస్పర చర్యలను పరిగణనలోకి తీసుకుని, స్థితి సమీకరణాన్ని తగ్గిస్తాడు. వాన్ డెర్ వాల్స్ ద్వారా ఉత్పాదించబడిన సమీకరణం, ఆదర్శ వాయు స్థితి సమీకరణం PV = n R T యొక్క మార్పు ఫలితంగా ఏర్పడింది. వాన్ డెర్ వాల్స్ స్థితి సమీకరణం:

P = వాయు పీడనం (N / m ² = Pa)

V = వాయు ఘనపరిమాణం (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

స్థిరాంకాలు a మరియు b ప్రయోగాల ద్వారా పొందబడతాయి. స్థిరాంకాల విలువలు a మరియు b వాయువు రకంపై ఆధారపడి ఉంటాయి.

n² / వి² = మోల్‌ల సంఖ్య (n) మరియు వాయువు ఘనపరిమాణం (V) యొక్క వర్గం ల వర్గ నిష్పత్తి. n విలువ² / వి² ఇది వాయువు యొక్క పీడనం మరియు సాంద్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. వాయు పీడనం (P) ఎక్కువగా ఉంటే, వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణం (V) తక్కువగా ఉంటుంది. V ఎంత తక్కువగా ఉంటే, n అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది.² / వి²వాయువు పరిమాణం తక్కువగా ఉన్నప్పుడు (n² / వి² అణువుల మధ్య దూరం తక్కువగా ఉంటుంది. అణువుల మధ్య దూరం ఎంత దగ్గరగా ఉంటే, ఆ అణువుల మధ్య పరస్పర చర్యలు (ఢీకొనడం, ఒకదానికొకటి లాక్కోవడం) అంత ఎక్కువగా ఉంటాయి. అందువల్ల, n² / వి² ఇది ఒక స్థిరాంకానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది (వాన్ డెర్ వాల్స్ సమీకరణంతో పోల్చండి). n విలువ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే...² / వి², అణువుల మధ్య ఆకర్షణ ఎక్కువగా ఉంటుంది (ఎ).
దీనికి విరుద్ధంగా, వాయు పీడనం (P) తక్కువగా ఉంటే, అప్పుడు వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణం (V) ఎక్కువగా ఉంటుంది. V ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, n అంత చిన్నదిగా ఉంటుంది.² / వి²n ఎంత తక్కువగా ఉంటే అంత² / వి²అణువుల మధ్య ఆకర్షణ శక్తి 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 మధ్య గల కాల వ్యవధి యొక్క లబ్ధం (bn) = వాయు అణువుల మొత్తం ఘనపరిమాణం. వాయు పీడనం (P) పెరిగే కొద్దీ, వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణం (V) తగ్గుతుంది.

V విలువ ఎంత తక్కువగా ఉంటే, (V – bn) విలువ అంత తక్కువగా ఉంటుంది. దీని అర్థం అణువుల మధ్య దూరం పెరుగుతుంది మరియు సహజంగానే అణువుల మధ్య ఆకర్షణ కూడా పెరుగుతుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, వాయు పీడనం తగ్గితే, వాయు ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది. వాయువు ఘనపరిమాణం ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, (V – bn) విలువ అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. (V – bn) విలువ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, వాయు అణువుల మధ్య ఆకర్షణ అంత తక్కువగా ఉంటుంది.

ఆదర్శ వాయు సమీకరణం కంటే వాన్ డెర్ వాల్స్ స్థితి సమీకరణం నిజ వాయు స్థితిని మరింత కచ్చితంగా వివరిస్తుందని మనం చెప్పవచ్చు. పీడనం మరియు వాయు సాంద్రత తగినంత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, వాన్ డెర్ వాల్స్ సమీకరణం మరింత కచ్చితమైన ఫలితాలను ఇస్తుంది. వాయు పీడనం మరీ ఎక్కువగా లేనట్లయితే, అప్పుడు (an ² / V ² ) మరియు (V-bn) లను విస్మరించవచ్చు, తద్వారా వాన్ డెర్ వాల్స్ స్థితి సమీకరణం ఒక ఆదర్శ వాయు స్థితి సమీకరణంగా మారుతుంది.