Van der Waals yw enw ffisegydd o'r Iseldiroedd, J.D. van der Waals (1837–1923). Mae hafaliad cyflwr van der Waals mewn gwirionedd yn hafaliad cyflwr nwy, yn debyg i hafaliad cyflwr nwy delfrydol . Y gwahaniaeth yw na all hafaliad cyflwr nwy delfrydol ddarparu canlyniadau cywir os yw pwysau a dwysedd y nwy go iawn yn ddigon mawr. Fodd bynnag, gall hafaliad cyflwr van der Waals ddarparu canlyniadau mwy cywir.
Dechreuodd yr hafaliad hwn gyda Van der Waals, a gydnabu gyfyngiadau hafaliad cyflwr y nwy delfrydol. Addasodd Waals hafaliad cyflwr y nwy delfrydol trwy ychwanegu sawl ffactor sy'n dylanwadu ar gyflwr nwy go iawn pan fo pwysau a dwysedd y nwy go iawn yn ddigon uchel.
Wrth i bwysedd nwy gynyddu, felly hefyd mae tymheredd a dwysedd y nwy, tra bod cyfaint y nwy yn lleihau.
Mae pwysedd nwy yn gymesur wrthdro â chyfaint. Os yw pwysedd nwy yn cynyddu, mae'r cyfaint yn lleihau. I'r gwrthwyneb, os yw cyfaint nwy yn lleihau, mae pwysedd nwy yn cynyddu. Pan fydd cyfaint nwy yn lleihau, mae dwysedd nwy yn cynyddu (dwysedd = dwysedd = màs / cyfaint). Gellir dweud bod pwysedd mewn cyfrannedd uniongyrchol â dwysedd. Os yw pwysedd nwy yn uchel, yna mae dwysedd nwy hefyd yn uchel. I'r gwrthwyneb, os yw pwysedd nwy yn isel, yna mae dwysedd nwy hefyd yn isel. Mae pwysedd nwy hefyd mewn cyfrannedd uniongyrchol â thymheredd. Os yw pwysedd nwy yn cynyddu, mae tymheredd nwy yn cynyddu. Gallwn ddod i'r casgliad, os yw pwysedd nwy yn cynyddu, bod tymheredd a dwysedd nwy yn cynyddu, tra bod cyfaint nwy yn lleihau.
Pan fydd cyfaint nwy yn lleihau, mae'r pellter rhwng y moleciwlau'n dod yn agosach. Wrth i'r pellter rhwng y moleciwlau ddod yn agosach, mae'r moleciwlau'n denu ei gilydd. Mae'n debyg i phan fydd darn o haearn yn cael ei ddod yn agos at fagnet. Os yw'r pellter rhwng y magnet a'r haearn yn ddigon pell, ni all y magnet ddenu'r haearn. Ond os yw'r pellter rhwng y magnet a'r haearn yn agos, mae'r haearn yn cael ei dynnu'n agosach ar unwaith. Pan fydd y moleciwlau ar fin gwrthdaro, mae'r electronau ar du allan y moleciwlau'n gwrthyrru ei gilydd (gwrthyrru trydanol). O ganlyniad, ni all y moleciwlau lynu at ei gilydd. O'r esboniad byr hwn, gellir dweud bod y grym deniadol rhwng moleciwlau hefyd yn effeithio ar gyflwr y nwy.
Pan fydd pwysedd y nwy yn ddigon uchel a chyfaint y nwy yn fach, mae'r pellter rhwng y moleciwlau'n dod yn agosach. Yn yr achos hwn, mae'r moleciwlau'n llenwi bron cyfaint cyfan y nwy. Gan fod gan foleciwlau faint hefyd (diamedr atomig = 10-10 m ), mae angen i ni ystyried cyfaint y moleciwlau hyn hefyd.
Hafaliad cyflwr
Deilliodd Van der Waals hafaliad cyflwr, gan ystyried cyfaint moleciwlau a'r rhyngweithiadau sy'n digwydd rhyngddynt. Mae'r hafaliad a ddeilliodd Van der Waals yn addasiad o hafaliad y nwy delfrydol â chyflwr PV = nRT.
Gwybodaeth:
P = Pwysedd nwy (N/m² = Pa)
V = Cyfaint nwy ( m³ )
R = Cysonyn nwy cyffredinol (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
T = Tymheredd (K)
a = cysonyn empirig (mae ei werth yn dibynnu ar y grym deniadol rhwng moleciwlau nwy)
b = cysonyn empirig (yn cynrychioli cyfaint un mol o foleciwlau nwy)
n = Nifer y molau (mol)
bn = Cyfanswm cyfaint moleciwlau nwy
Ceir y cysonion a a b yn arbrofol. Mae gwerthoedd y cysonion a a b yn dibynnu ar y math o nwy.
n 2 / V 2 = cymhareb sgwâr nifer y molau (n) i sgwâr cyfaint y nwy (V). Mae gwerth n 2 / V 2 yn dibynnu ar bwysau a dwysedd y nwy. Os yw pwysedd y nwy (P) yn fawr, yna mae cyfaint y nwy (V) yn fach. Po leiaf yw V, y mwyaf yw n 2 / V 2 . Pan fydd cyfaint y nwy yn fach (mae n 2 / V 2 yn fawr) mae'r pellter rhwng y moleciwlau'n dod yn agosach. Po agosaf yw'r pellter rhwng y moleciwlau, y mwyaf yw'r posibilrwydd o ryngweithio rhwng y moleciwlau (gwrthdrawiad, atyniad at ei gilydd). Felly mae n 2 / V 2 yn gymesur yn uniongyrchol â'r cysonyn a (cymharer â hafaliad van der Waals, ochr chwith). Po fwyaf yw gwerth n 2 / V 2 , y mwyaf yw'r grym atyniadol rhwng y moleciwlau (a). I'r gwrthwyneb, os yw pwysedd y nwy (P) yn fach, yna mae cyfaint y nwy (V) yn dod yn fawr. Po fwyaf yw V, y lleiaf yw n 2 / V 2 . Po leiaf yw n 2 / V 2 , y llai yw'r grym deniadol rhwng y moleciwlau hefyd.
(V – bn) = Y gwahaniaeth rhwng cyfaint y nwy a chyfanswm cyfaint y moleciwlau nwy. Mae'r cysonyn b yn nodi cyfaint un mol o foleciwlau nwy. n = nifer y molau. Cynnyrch b ac n (bn) = cyfanswm cyfaint y moleciwlau nwy. Os yw pwysedd y nwy (P) yn fwy, mae cyfaint y nwy (V) yn llai.
Po leiaf yw V, y lleiaf yw (V – bn). Mae hyn yn golygu bod y pellter rhwng moleciwlau yn agosach ac wrth gwrs mae'r grym deniadol rhwng y moleciwlau yn fwy. I'r gwrthwyneb, os yw pwysedd y nwy yn is, mae cyfaint y nwy yn fwy. Po fwyaf yw cyfaint y nwy, y mwyaf yw (V – bn). Po fwyaf yw (V – bn), y lleiaf yw'r grym deniadol rhwng y moleciwlau nwy.
Gallwn ddweud bod hafaliad cyflwr van der Waals yn disgrifio cyflwr nwy go iawn yn fwy cywir na'r hafaliad nwy delfrydol. Pan fydd pwysedd a dwysedd y nwy yn ddigon mawr, mae hafaliad van der Waals yn rhoi canlyniadau mwy cywir. Os nad yw pwysedd y nwy yn rhy fawr, yna gellir esgeuluso (an² / V² ) a (V-bn), fel bod hafaliad cyflwr van der Waals yn troi'n hafaliad cyflwr nwy delfrydol.
