বাস্তব গ্যাস ও ভ্যান্ডার ওয়ালস সমীকরণ- Real gases and The van der Waals equation

 বাস্তব গ্যাস ও ভ্যান্ডার ওয়ালস সমীকরণ- Real gases and The van der Waals equation

যে সকল গ্যাস বয়েলের সূত্র, চার্লসের সূত্র এবং অ্যাভোগেড্রোর সূত্র মেনে চলে তাদের কে আদর্শ গ্যাস বলে। এই সূত্র ৩ টি সমন্বয় করে একটি সমীকরণ তৈরী করা হয়েছে যা আদর্শ গ্যাস সমীকরণ নামে পরিতিচিত। T তাপমাত্রায় n মোল কোন গ্যাসের আয়তন V এবং চাপ P হলে আদর্শ গ্যাস সমীকরণ টি নিম্নরূপঃ

`PV = nRT`

যেখানে R মোলার গ্যাস ধ্রুবক।

কিন্তু বাস্তবে আমাদের চারপাশের চেনা-জানা গ্যাস গুলো এই সূত্র মেনে চলে না। এদেরকে বাস্তব গ্যাস বলে। অর্থাৎ,

"যে সকল গ্যাস আদর্শ গ্যাস সমীকরণ মেনে চলেনা তাদের কে বাস্তব গ্যাস বলে"

Image source: Google|| Image by-Wikipedia

 বাস্তব গ্যাস গুলো আদর্শ গ্যাস সমীকরণ মেনে না চলার কারণ হলো আদর্শ গ্যাস সমীকরণে দুটি ত্রুটি রয়েছে।  বিজ্ঞানী ভ্যানডার ওয়ালস আদর্শ গ্যাস সমীকরণের ত্রুটি দুটি নিম্নরূপে সংশোধন করেনঃ

আয়তন সংশোধনঃ আদর্শ গ্যাস সমীকরণে গ্যাসের পরমাণুর আয়তন পাত্রের বা গ্যাসাধারের আয়তনের তুলনায় নগন্য ধরা হয়েছে।অর্থাৎ পাত্রের ভিতর সম্পূর্ণ জায়গা ই ফাকা ধরা হয়েছে।অতএব গ্যাসের পরমাণুু গুলো পুরো পাত্র জুড়েই মুক্তভাবে বিচরণ করতে সক্ষম।এক্ষেত্রে গ্যাসের পরমাণু সমূহের চলাচলের মুক্তপথ = পাত্রের আয়তণ V । 

কিন্তু আমরা জানি উচ্চ চাপে এবং নিম্ন তাপমাত্রায় প্রায় সকল গ্যাস কেই তরল করা সম্ভব। অতএব গ্যাসের পরমাণু সমূহের আয়তন নগণ্য নয়। ধরাযাক একটি পরমাণুর আয়তন b, সুতরাং n সংখ্যাক পরমাণুর আয়তন nb । তাহলে গ্যাসের পরমাণু সমূহের চলাচলের মুক্তপথ( পাত্রের ভিতর ফাকা যায়গা) হবে `V- nb`

সুতরাং সংশোধিত আয়তন = `V-nb`

চাপ সংশোধনঃ আদর্শ গ্যাস সমীকরণে গ্যাসের পরমাণুর সমুহের মধ্যে আন্তঃআণবিক আকর্ষণ শুণ্য ধরা হয়েছে। কিন্তু আমরা জানি পরমাণু সমুহের আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল শুণ্য নয়। কেননা, আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল শূণ্য হলে গ্যাস কে তরলে রূপান্তর করা সম্ভব হতোনা। যেহেতু বাস্তব গ্যাসের  পরমাণু সমূহের মধ্যে আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল বিদ্যমান তাই বাস্তব গ্যাসের চাপ, আদর্শ গ্যাস অপেক্ষা কম হয়।

এক্ষেত্রে বাস্তব গ্যাসের চাপ = আদর্শ গ্যাসের চাপ + আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল

                                             = `P+ \frac{a n^2}{V^2}`     (এখানে আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বলের মান `\frac{a n^2}{V^2}` )

এই সংশোধিত আয়তন ও চাপের মান আদর্শ গ্যাস সমীকরণ `PV = nRT ` তে বসিয়ে পাই,

`(P+ \frac{a n^2}{V^2})(V-nb) = nRT`

ইহাই ভ্যানডার ওয়ালস সমীকরণ বা বাস্তব গ্যাস সমীকরণ নামে পরিচিত।