Ван дер Валс е името на холандския физик Й. Д. ван дер Ваалс (1837-1923). Уравнението на състоянието на Ван дер Ваалс е уравнение на състоянието на газ, подобно на уравнението на състоянието на идеален газ. Разликата е, че уравнението на състоянието на идеален газ не може да даде точни резултати, ако налягането и плътността на реалния газ са достатъчно големи, докато уравнението на състоянието на Ван дер Ваалс може да даде по-точни резултати.
Съществуването на това уравнение произлиза от Ван дер Ваалс, който осъзнава ограниченията на уравнението на идеалното състояние. Ваалс модифицира уравнението на състоянието на идеалния газ, като добавя няколко фактора, които влияят и на реалното състояние на газа, когато налягането и плътността на реалния газ са големи.
Налягането на газа е обратно пропорционално на обема. Ако налягането на газа се увеличи, обемът на газа намалява. Обратно, ако обемът на газа намалее, налягането на газа се увеличава. Когато обемът на газа намалее, плътността на газа се увеличава (плътност = маса / обем). Може да се каже, че налягането е право пропорционално на плътността. Ако налягането на газа е голямо, плътността на газа също е голяма. Обратно, ако налягането на газа е малко, плътността на газа също е малка. Налягането на газа е право пропорционално и на температурата. Ако налягането на газа се увеличи, температурата на газа се увеличи. Можем да заключим, че ако налягането на газа се увеличи, температурата и плътността на газа се увеличават, докато обемът на газа намалява.
Когато обемът на газа намалява, разстоянието между молекулите се сближава. Когато разстоянието между молекулите се скъси, молекулите се привличат взаимно. Все едно парче желязо се доближи до магнит. Ако разстоянието между магнита и желязото е достатъчно голямо, магнитът не може да придърпа желязото. Но ако разстоянието между магнита и желязото е близко, желязото се придърпва по-близо. Когато молекулите са на път да се сблъскат, електроните от външната страна на молекулата се отблъскват взаимно (електрическо отблъскване). В резултат на това молекулите не могат да се слепят. От това кратко описание може да се каже, че силата на привличане между молекулите влияе на състоянието на газа.
Когато налягането на газа е достатъчно голямо и обемът на газа стане малък, разстоянието между молекулите се сближава. Тъй като молекулите също имат размер (атомен диаметър = 10⁻¹⁰⁰ m ), тогава трябва да вземем предвид и обема на тези молекули.
Ван дер Ваалс редуцира уравнението на състоянието, като взема предвид молекулния обем и взаимодействията, които протичат между молекулите. Уравнението, получено от Ван дер Ваалс, е резултат от модификацията на уравнението за състояние на идеалния газ PV = n R T. Уравнение на състоянието на Ван дер Ваалс:
P = налягане на газа (N/m² = Pa)
V = обем на газа ( m³ )
R = универсална газова константа (R = 8.315 J / mol.K = 8315 kJ / kmol.K)
T = температура (K)
a = емпирична константа (стойността зависи от силата на привличане между газовите молекули)
b = емпирична константа (представляваща обема на един мол газови молекули)
n = Брой молове (mol)
bn = общ обем на газовите молекули
Константите a и b се получават чрез експерименти. Константите a и b зависят от вида на газа.
n2 / В2 = квадратичното съотношение на броя молове (n) с квадрата на обема на газа (V). Стойността на n2 / В2 зависи от налягането и плътността на газа. Ако налягането на газа (P) е голямо, тогава обемът на газа (V) е малък. Колкото по-малко е V, толкова по-голямо е n2 / В2Когато обемът на газа е малък (n2 / В2 (е голямо), разстоянието между молекулите е по-малко. Колкото по-малко е разстоянието между молекулите, толкова по-големи са взаимодействията между тези молекули (сблъсък, привличане). Следователно, n2 / В2 е право пропорционална на константа (сравнете с уравнението на ван дер Ваалс). Колкото по-голяма е стойността на n2 / В2, толкова по-голямо е привличането между молекулите (а).
Обратно, ако налягането на газа (P) е малко, тогава обемът на газа (V) става голям. Колкото по-изразено е V, толкова по-малко е n.2 / В2Колкото по-ниско е n2 / В2, толкова по-ниска е силата на привличане между молекулите.
(V – bn) = Разлика между обема на газа и общия обем на газовите молекули. Константата b представлява обема на един мол газови молекули. n = брой молове. Произведението на времето между b и n (bn) = общият обем на газовите молекули. Ако налягането на газа (P) стане по-значително, тогава обемът на газа (V) намалява.
Колкото по-малко е V, толкова по-малко е (V – bn). Това означава, че разстоянието между молекулите се увеличава и, разбира се, привличането между молекулите се увеличава. Обратно, ако налягането на газа намалее, обемът на газа се увеличава. Колкото по-голям е обемът на газа, толкова по-високо е (V – bn). Колкото по-голямо е (V – bn), толкова по-малко е привличането между газовите молекули.
Можем да кажем, че уравнението на ван дер Ваалсовото състояние описва реалното газово състояние по-точно от уравнението на идеалния газ. Когато налягането и плътността на газа са достатъчно големи, уравнението на ван дер Ваалсовото състояние дава по-точни резултати. Ако налягането на газа не е твърде голямо, тогава (an² / V² ) и (V-bn) могат да бъдат пренебрегнати, така че уравнението на ван дер Ваалсовото състояние се променя в уравнение на идеалния газ.
