Van der Walls je ime holandskog fizičara, JD van der Waalsa (1837-1923). Van der Waalsova jednačina stanja je jednačina stanja gasa, slična jednačini stanja idealnog gasa. Razlika je u tome što jednačina stanja idealnog gasa ne može dati tačne rezultate ako su pritisak i gustina realnog gasa dovoljno veliki, dok Van der Waalsova jednačina stanja može dati tačnije rezultate.
Postojanje ove jednačine potiče od Van der Waalsa, koji je shvatio ograničenja jednačine idealnog stanja. Waals je modificirao jednačinu stanja idealnog gasa dodavanjem nekoliko faktora koji također utiču na stanje stvarnog gasa, kada su pritisak i gustina stvarnog gasa veliki.
Pritisak gasa je obrnuto proporcionalan zapremini. Ako se pritisak gasa povećava, zapremina gasa se smanjuje. Suprotno tome, ako se zapremina gasa smanjuje, pritisak gasa se povećava. Kada se zapremina gasa smanjuje, gustina gasa se povećava (gustina = masa / zapremina). Može se reći da je pritisak direktno proporcionalan gustini. Ako je pritisak gasa veliki, gustina gasa je također velika. Suprotno tome, ako je pritisak gasa mali, gustina gasa je također mala. Pritisak gasa je također direktno proporcionalan temperaturi. Ako se pritisak gasa povećava, temperatura gasa se povećava. Možemo zaključiti da ako se pritisak gasa povećava, raste i temperatura i gustina gasa, dok se zapremina gasa smanjuje.
Kada se volumen plina smanji, udaljenost između molekula postaje manja. Kada se udaljenost između molekula smanji, molekuli se međusobno privlače. To je kao kada se komad željeza približi magnetu. Ako je udaljenost između magneta i željeza dovoljno velika, magnet ne može privlačiti željezo. Ali ako je udaljenost između magneta i željeza mala, željezo se privlači bliže. Kada su molekule pred sudarom, elektroni na vanjskoj strani molekula se odbijaju (električno odbijanje). Kao rezultat toga, molekuli se ne mogu držati zajedno. Iz ovog kratkog opisa može se reći da sila privlačenja između molekula utječe na stanje plina.
Kada je pritisak gasa dovoljno veliki, a zapremina gasa postane mala, udaljenost između molekula se smanjuje. Budući da molekule također imaju veličinu (atomski prečnik = 10⁻⁶ m ), tada moramo uzeti u obzir i zapreminu tih molekula.
Van der Waals smanjuje jednačinu stanja, uzimajući u obzir molekularni volumen i interakcije koje se javljaju između molekula. Jednačina koju je izveo Van der Waals rezultat je modifikacije jednačine stanja idealnog gasa PV = n R T. Van der Waalsova jednačina stanja:
P = pritisak gasa (N / m² = Pa)
V = zapremina gasa ( m³ )
R = univerzalna plinska konstanta (R = 8.315 J / mol.K = 8315 kJ / kmol.K)
T = temperatura (K)
a = empirijska konstanta (vrijednost zavisi od sile privlačenja između molekula gasa)
b = empirijska konstanta (koja predstavlja zapreminu jednog mola molekula gasa)
n = Broj molova (mol)
bn = ukupna zapremina molekula gasa
Konstante a i b se dobijaju eksperimentalno. Konstantne vrijednosti a i b zavise od vrste gasa.
n2 /V2 = kvadratni odnos broja molova (n) i kvadrata zapremine gasa (V). Vrijednost n2 /V2 zavisi od pritiska i gustine gasa. Ako je pritisak gasa (P) veliki, onda je zapremina gasa (V) mala. Što je V manji, to je n veći.2 /V2Kada je zapremina gasa mala (n2 /V2 (velika) udaljenost između molekula je manja. Što je udaljenost između molekula manja, to su veće interakcije između tih molekula (sudari, privlačenje). Stoga, n2 /V2 je direktno proporcionalna konstanti (uporedite sa van der Waalsovom jednačinom). Što je veća vrijednost n2 /V2, to je veća privlačnost između molekula (a).
Suprotno tome, ako je pritisak gasa (P) mali, tada zapremina gasa (V) postaje velika. Što je V izraženiji, to je n manji.2 /V2Što je n niži2 /V2, to je manja privlačna sila između molekula.
(V – bn) = Razlika između zapremine gasa i ukupne zapremine molekula gasa. Konstanta b predstavlja zapreminu jednog mola molekula gasa. n = broj molova. Proizvod vremena između b i n (bn) = ukupna zapremina molekula gasa. Ako pritisak gasa (P) postane značajniji, tada se zapremina gasa (V) smanjuje.
Što je V manji, to je i (V – bn). To znači da se udaljenost između molekula povećava i, naravno, povećava se i privlačnost između molekula. Obrnuto, ako se pritisak gasa smanji, zapremina gasa se poveća. Što je zapremina gasa veća, to je (V – bn) veće. Što je (V – bn), to je manja privlačnost između molekula gasa.
Možemo reći da jednačina van der Waalsovog stanja preciznije opisuje realno gasovito stanje od jednačine idealnog gasa. Kada su pritisak i gustina gasa dovoljno veliki, van der Waalsova jednačina daje tačnije rezultate. Ako pritisak gasa nije prevelik, tada se (an² / V² ) i (V-bn) mogu zanemariti, tako da se Van der Waalsova jednačina stanja pretvara u jednačinu idealnog gasovitog stanja.
