Van der Walls és el nom d'un físic neerlandès, J.D. van der Waals (1837-1923). L'equació d'estat de Van der Waals és una equació d'estat d'un gas, similar a l'equació d'estat d'un gas ideal. La diferència és que l'equació d'estat d'un gas ideal no pot proporcionar resultats precisos si la pressió i la densitat del gas real són prou grans. Mentre que l'equació d'estat de Van der Waals pot produir resultats més precisos.
L'existència d'aquesta equació prové de Van der Waals, que es va adonar de les limitacions de l'equació d'un estat ideal. Waals va modificar l'equació d'estat del gas ideal afegint-hi diversos factors que també influeixen en la condició real del gas, quan la pressió i la densitat del gas real són grans.
La pressió del gas és inversament proporcional al volum. Si la pressió del gas augmenta, el volum del gas disminueix. Per contra, si el volum del gas disminueix, la pressió del gas augmenta. Quan el volum del gas disminueix, la densitat del gas augmenta (densitat = massa / volum). Es pot dir que la pressió és directament proporcional a la densitat. Si la pressió del gas és gran, la densitat del gas també és gran. Per contra, si la pressió del gas és petita, la densitat del gas també és petita. La pressió del gas també és directament proporcional a la temperatura. Si la pressió del gas augmenta, la temperatura del gas augmenta. Podem concloure que si la pressió del gas augmenta, la temperatura i la densitat del gas disminueixen, mentre que el volum del gas disminueix.
Quan el volum de gas disminueix, la distància entre les molècules s'acosta. Quan la distància entre les molècules s'acosta, les molècules s'atrauen mútuament. És com quan un tros de ferro s'acosta a un imant. Si la distància entre l'imant i el ferro és prou gran, l'imant no pot atreure el ferro. Però si la distància entre l'imant i el ferro és curta, el ferro s'atrau més. Quan les molècules estan a punt de xocar, els electrons de la part exterior de la molècula es repel·leixen (repulsió elèctrica). Com a resultat, les molècules no es poden enganxar. A partir d'aquesta breu descripció, es pot dir que la força d'atracció entre les molècules influeix en l'estat del gas.
Quan la pressió del gas és prou gran i el volum del gas es fa més petit, la distància entre les molècules s'acurta. Com que les molècules també tenen una mida (diàmetre atòmic = 10-10 m), aleshores també hem de tenir en compte el volum d'aquestes molècules.
Van der Waals disminueix una equació d'estat, considerant el volum molecular i les interaccions que es produeixen entre les molècules. L'equació derivada per Van der Waals és el resultat de la modificació de l'equació de l'estat del gas ideal PV = n R T. Equació d'estat de Van der Waals:
P = pressió del gas (N/m2 = Pa)
V = volum de gas (m3)
R = constant universal dels gasos (R = 8.315 J / mol. K = 8315 kJ / kmol. K)
T = temperatura (K)
a = constant empírica (el valor depèn de la força d'atracció entre les molècules del gas)
b = constant empírica (que representa el volum d'un mol de molècules de gas)
n = Nombre de mols (mol)
bn = volum total de molècules de gas
Les constants a i b s'obtenen mitjançant experiments. Els valors constants a i b depenen del tipus de gas.
n2 /V2 = la relació quadràtica del nombre de mols (n) amb el quadrat del volum de gas (V). El valor de n2 /V2 depèn de la pressió i la densitat del gas. Si la pressió del gas (P) és gran, aleshores el volum de gas (V) és petit. Com més petit sigui V, més gran serà n2 /V2Quan el volum de gas és petit (n2 /V2 és gran) la distància entre les molècules és més propera. Com més propera sigui la distància entre les molècules, més grans seran les interaccions entre aquestes molècules (xocant, atreient-se). Per tant, n2 /V2 és directament proporcional a una constant (compareu amb l'equació de van der Waals). Com més gran sigui el valor de n2 /V2, com més gran sigui l'atracció entre les molècules (a).
Per contra, si la pressió del gas (P) és petita, el volum de gas (V) esdevé gran. Com més prominent sigui la V, més petita serà la n.2 /V2Com més baixa sigui la n2 /V2, menor és la força atractiva entre les molècules.
(V – bn) = Diferència entre el volum de gas i el volum total de molècules de gas. La constant b representa el volum d'un mol de molècules de gas. n = nombre de mols. El producte del temps entre b i n (bn) = el volum total de molècules de gas. Si la pressió del gas (P) es fa més significativa, el volum de gas (V) es fa més petit.
Com més petit sigui V, més petit (V – bn). Això significa que la distància entre les molècules augmenta i, per descomptat, l'atracció entre les molècules augmenta. Per contra, si la pressió del gas disminueix, el volum del gas augmenta. Com més gran sigui el volum de gas, més alt serà (V – bn). Com més gran (V – bn), menor serà l'atracció entre les molècules de gas.
Podem dir que l'equació de l'estat de van der Waals descriu l'estat real del gas amb més precisió que l'equació del gas ideal. Quan la pressió i la densitat del gas són prou grans, l'equació de van der Waals dóna resultats més precisos. Si la pressió del gas no és massa gran, aleshores (un2 /V2) i (V-bn) es poden ignorar, de manera que l'equació d'estat de Van der Waals canvia a una equació d'estat de gas ideal.
