वास्तविक गैसें बनाम आदर्श गैसें

गैसों और गैस के नियमों के अध्ययन में, वास्तविक गैसों और आदर्श गैसों के बीच अंतर करना महत्वपूर्ण है। आदर्श गैसों की अवधारणा कुछ सरल मान्यताओं से ली गई है जो हमें गणितीय मॉडलों का उपयोग करके गैस व्यवहार की भविष्यवाणी और समझने की अनुमति देती है। दूसरी ओर, कुछ स्थितियों में वास्तविक गैसें इन मॉडलों से विचलित होती हैं। आइए इन अवधारणाओं को विस्तार से देखें।

आदर्श गैसों की समझ

आदर्श गैस एक सैद्धांतिक गैस है जो यादृच्छिक रूप से चलने वाले अणुओं से बनी होती है जो केवल लचीले टकरावों के माध्यम से एक-दूसरे के साथ संवाद करती हैं। आदर्श गैस की अवधारणा निम्नलिखित मान्यताओं का प्रस्ताव करती है:

• गैस अणु लगातार, यादृच्छिक गति में होते हैं।
• अणुओं के बीच आकर्षण या प्रतिकर्षण बल नहीं होता।
• गैस अणुओं की मात्रा का विश्लेषण कंटेनर की मात्रा के मुकाबले नगण्य है।
• गैस अणुओं के बीच तथा अणुओं और कंटेनर की दीवारों के साथ टकराव पूर्णतया लचीला होता है, अर्थात टकराव में कोई ऊर्जा नहीं खोती।

आदर्श गैस का व्यवहार पूरी तरह से आदर्श गैस कानून से वर्णित हो सकता है:

PV = nRT

जहां:

• P = गैस का दबाव
• V = गैस का आयतन
• n = पदार्थ की मात्रा (मोल में)
• R = आदर्श गैस स्थिरांक (लगभग 8.314 J/(mol K))
• T = गैस का तापमान (कल्विन में)

आदर्श गैस व्यवहार की विशेषताएं

एक आदर्श गैस तापमान और दबाव की सभी स्थितियों में पूर्वानुकूल और समान रूप से व्यवहार करती है। जब पीवी चार्ट पर प्लॉट किया जाता है, तो दबाव और आयतन के बीच संबंध रैखिक होता है, बशर्ते तापमान स्थिर हो। यह सरलता हमें कई स्थितियों में गैसों के व्यवहार की उच्च सटीकता के साथ भविष्यवाणी करने की अनुमति देती है। हालाँकि, यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि वास्तविक गैसें कुछ स्थितियों में ही आदर्श गैस व्यवहार का अनुकरण करती हैं।

उदाहरण: आदर्श गैस कानून से आयतन की गणना

मान लीजिए कि आपके पास आदर्श गैस के 2 मोल हैं जिसका तापमान 273 केल्विन (0 डिग्री सेल्सियस) और दबाव 101.3 kPa है। आप आदर्श गैस कानून फार्मूला का उपयोग करके गैस का आयतन निकाल सकते हैं:

PV = nRT

मानों को प्रतिस्थापित करते हैं:

V = (nRT)/P = (2 moles × 8.314 J/(mol·K) × 273 K) / 101.3 kPa = 44.8 liters

आदर्श गैस व्यवहार मानते हुए, दी गई परिस्थितियों के लिए गणना की गई मात्रा 44.8 लीटर है।

वास्तविक गैसों की समझ

आदर्श गैसों के विपरीत, वास्तविक गैसों के कणों के बीच शारीरिक संपर्क होता है और वे स्थान घेरते हैं। ये विचलन उच्च दबाव या निम्न तापमान की स्थितियों में महत्वपूर्ण हो जाते हैं, जहाँ गैस के अणु एक-दूसरे के करीब होते हैं। वास्तविक गैसें आदर्श गैस व्यवहार से भिन्न होती हैं क्योंकि:

• गैस अणु स्थान घेरते हैं और उनकी अपनी मात्रा होती है।
• अणुओं के बीच आकर्षक या प्रतिकर्षक बल होता है, विशेष रूप से जब वे एक-दूसरे के करीब होते हैं।

वास्तविक गैस व्यवहार की विशेषताएं

वास्तविक गैसें हमेशा आदर्श गैस कानून का पालन नहीं करती हैं। वे ऐसी स्थितियों में विचलन दिखा सकती हैं जो विशेष रूप से ध्यान देने योग्य होती हैं जब गैसें संकुचित या संक्षेपण के करीब होती हैं। इन विचलनों को अक्सर वेन डर वाल्स समीकरण का उपयोग करके गणना में सुधारा जाता है, जो आणविक मात्रा और आकर्षक बलों को ध्यान में रखता है:

(P + a(n/V)^2) (V - nb) = nRT

जहां a और b प्रत्येक गैस के लिए विशिष्ट स्थिरांक होते हैं, (n/V) गैस कणों की मोलर सांद्रता है, और (P + a(n/V)^2) अंतर-अणु बलों को ध्यान में रखता है।

उदाहरण: वेन डर वाल्स समीकरण का उपयोग करके दबाव की गणना

मान लेते हैं कि आपके पास 1 मोल कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) है जो 300 केल्विन में 10 लीटर के कंटेनर में है। CO₂ के लिए स्थिरांक a = 3.592 L²·atm/mol² और b = 0.0427 L/mol हैं। वेन डर वाल्स समीकरण का उपयोग करके दबाव की गणना करें:

(P + a(n/V)^2) (V - nb) = nRT

मानों को प्रतिस्थापित करें:

(P + (3.592 atm L²/mol² × (1 mol / 10 L)²) (10 L - 0.0427 L/mol × 1 mol) = 1 mol × 0.0821 L atm/(mol K) × 300 K

समीकरण को सरल बनाते हुए:

(P + 0.03592 atm) (9.9573 L) = 24.63 L atm

अंत में, P का समाधान करें:

P = (24.63 L atm / 9.9573 L) - 0.03592 atm = 2.439 atm

इन वास्तविक परिस्थितियों के अंतर्गत CO₂ के लिए गणना की गई दबाव 2.439 atm है।

दृश्यात्मक व्याख्यान

अंतर को दृश्य रूप से समझने के लिए, समान तापमान और आयतन की परिस्थितियों के साथ गैसों से भरे दो समान कन्टेनरों की कल्पना करें, एक में आदर्श गैस और दूसरे में वास्तविक गैस शामिल है:

इन उदाहरणों में:

• आदर्श गैस के कंटेनर में नीले घेरे गैस के अणुओं का प्रतिनिधित्व करते हैं जो एक-दूसरे के साथ संवाद नहीं करते हैं, पूरी तरह से आदर्श गैस कानून की मान्यताओं का पालन करते हैं।
• वास्तविक गैस के कंटेनर में लाल घेरे गैस के उन अणुओं का प्रतिनिधित्व करते हैं जिनमें उनके बीच आकर्षक बल होते हैं, जिन्हें जोड़ने वाली रेखाएं प्रदर्शित करती हैं। यह अणुओं के बीच एक अधिक यथार्थवादी इंटरैक्शन को दर्शाता है, जो आदर्श गैस मॉडल से विचलन की ओर ले जाता है।

गैस के व्यवहार को प्रभावित करने वाली स्थितियाँ

वास्तविक और आदर्श गैसों के बीच का विचलन कुछ परिस्थितियों में अधिक स्पष्ट होता है:

• उच्च दबाव: उच्च दबाव के तहत, गैस अणु एक-दूसरे के करीब आ जाते हैं। गैस अणुओं द्वारा घिरा हुआ आयतन महत्वपूर्ण हो जाता है, और अंतर-अणु बल अधिक स्पष्ट हो जाते हैं।
• निम्न तापमान: कम तापमान पर, गैस अणु धीमे चलते हैं, जो आकर्षक बलों के प्रभाव को बढ़ाते हैं क्योंकि वे एक-दूसरे के करीब आते हैं।

उदाहरण परिदृश्य: स्कूबा टैंक में ऑक्सीजन गैस

कल्पना करें कि एक स्कूबा डाइवर के टैंक को समुद्र के नीचे उच्च दबाव और निम्न तापमान में ऑक्सीजन गैस से भरा हुआ है। इन परिस्थितियों में, टैंक में गैस आदर्श गैस की बजाय एक वास्तविक गैस की तरह व्यवहार करेगी। यह समझ इंजीनियरों और निर्माताओं के लिए महत्वपूर्ण है जो ऐसे उपकरण को डिजाइन करते हैं जिन्हें विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों में सुरक्षित रूप से संचालित करना चाहिए।

सारांश में मुख्य अंतर

आइए वास्तविक गैसों और आदर्श गैसों के बीच मुख्य अंतरों का सारांश दें:

पहलू	आदर्श गैस	वास्तविक गैस
कण मात्रा	महत्वहीन	उच्च दबाव पर महत्वपूर्ण
अंतर-अणु बल	उपेक्षित	महत्वपूर्ण और निम्न तापमान पर महत्वपूर्ण
लागू शर्तें	उच्च तापमान, कम दबाव	परिवर्ती; उच्च दबाव और निम्न तापमान के लिए समायोजन की आवश्यकता है

निष्कर्ष

वास्तविक गैसों और आदर्श गैसों के बीच के अंतर को समझना व्यावहारिक अनुप्रयोगों में गैसों के व्यवहार की सटीकता से भविष्यवाणी करने के लिए महत्वपूर्ण है। जबकि आदर्श गैस कानून कई स्थितियों में गैस के व्यवहार को समझने के लिए एक उपयोगी ढांचा प्रदान करता है, यह वेन डर वाल्स जैसी समीकरणों के माध्यम से वास्तविक गैस व्यवहार की स्वीकृति है जो इंजीनियरिंग, रसायन विज्ञान और पर्यावरण विज्ञान में अधिक सटीक गणना की अनुमति देती है।

निष्कर्ष निकालने के लिए, जबकि आदर्श गैस की अवधारणा सरलता और समझने में आसानी प्रदान करती है, वास्तविक गैसें सूक्ष्म स्तर पर होने वाली जटिल इंटरैक्शन का प्रदर्शन करती हैं। इन अंतरों को पहचानकर और गणनाओं में उनके लिए कैसे खाता है यह जानकर, हम वास्तविक दुनिया में गैसें कैसे व्यवहार करती हैं, इसकी अधिक गहन समझ प्राप्त करते हैं।

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