Van der Waals estas la nomo de nederlanda fizikisto, J.D. van der Waals (1837–1923). La statoekvacio de van der Waals estas fakte statoekvacio de gasoj, simila al la statoekvacio de idealaj gasoj . La diferenco estas, ke la statoekvacio de idealaj gasoj ne povas doni precizajn rezultojn se la premo kaj denseco de la reala gaso estas sufiĉe grandaj. La statoekvacio de van der Waals, tamen, povas doni pli precizajn rezultojn.
Ĉi tiu ekvacio originis ĉe Van der Waals, kiu rekonis la limigojn de la ekvacio de stato por idealaj gasoj. Waals modifis la ekvacion de stato por idealaj gasoj aldonante plurajn faktorojn, kiuj influas la staton de reala gaso kiam la premo kaj denseco de la reala gaso estas sufiĉe altaj.
Dum la gaspremo pliiĝas, ankaŭ la temperaturo kaj denseco de la gaso pliiĝas, dum la volumeno de la gaso malpliiĝas.
Gaspremo estas inverse proporcia al volumeno. Se gaspremo pligrandiĝas, la volumeno malpligrandiĝas. Male, se gasvolumeno malpligrandiĝas, gaspremo pligrandiĝas. Kiam gasvolumeno malpligrandiĝas, gasdenseco pligrandiĝas (denseco = denseco = maso / volumeno). Oni povas diri, ke premo estas rekte proporcia al denseco. Se gaspremo estas alta, tiam gasdenseco ankaŭ estas alta. Male, se gaspremo estas malalta, tiam gasdenseco ankaŭ estas malalta. Gaspremo ankaŭ estas rekte proporcia al temperaturo. Se gaspremo pligrandiĝas, gastemperaturo pligrandiĝas. Ni povas konkludi, ke se gaspremo pligrandiĝas, gastemperaturo kaj denseco pligrandiĝas, dum gasvolumeno malpligrandiĝas.
Kiam la volumeno de gaso malpliiĝas, la distanco inter la molekuloj pli proksimiĝas. Ju pli proksimiĝas la distanco inter la molekuloj, des pli la molekuloj altiras unu la alian. Simile al tio, kiam peco da fero estas alproksimigita al magneto. Se la distanco inter la magneto kaj la fero estas sufiĉe granda, la magneto ne povas allogi la feron. Sed se la distanco inter la magneto kaj la fero estas malgranda, la fero tuj tiras sin pli proksimen. Kiam la molekuloj estas koliziontaj, la elektronoj sur la ekstera flanko de la molekuloj forpuŝas unu la alian (elektra repuŝo). Rezulte, la molekuloj ne povas algluiĝi. El ĉi tiu konciza klarigo, oni povas diri, ke la alloga forto inter la molekuloj ankaŭ influas la staton de la gaso.
Kiam la gaspremo estas sufiĉe alta kaj la gasvolumeno estas malgranda, la distanco inter la molekuloj pliproksimiĝas. En ĉi tiu kazo, la molekuloj plenigas preskaŭ la tutan volumenon de la gaso. Ĉar molekuloj ankaŭ havas grandecon (atoma diametro = 10⁻⁵ m ), ni ankaŭ devas konsideri la volumenon de ĉi tiuj molekuloj.
Ekvacio de stato
Van der Waals derivis statoekvacion, konsiderante la volumenon de molekuloj kaj la interagojn kiuj okazas inter molekuloj. La ekvacio derivita de Van der Waals estas modifo de la statoekvacio de idealaj gasoj PV = nRT.
Informoj:
P = Gaspremo (N/m² = Pa)
V = Gasvolumeno ( m³ )
R = Universala gaskonstanto (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
T = Temperaturo (K)
a = Empiria konstanto (ĝia valoro dependas de la alloga forto inter gasmolekuloj)
b = empiria konstanto (reprezentas la volumenon de unu molo da gasmolekuloj)
n = Nombro da haŭtmakuloj (mol)
bn = Tuta volumeno de gasmolekuloj
La konstantoj a kaj b estas akiritaj eksperimente. La valoroj de la konstantoj a kaj b dependas de la tipo de gaso.
n² / V² = la rilatumo de la kvadrato de la nombro da moloj (n) al la kvadrato de la gasvolumeno (V). La valoro de n² / V² dependas de la premo kaj denseco de la gaso. Se la gaspremo (P) estas granda, tiam la gasvolumeno (V) estas malgranda. Ju pli malgranda V, des pli granda n² / V² . Kiam la gasvolumeno estas malgranda (n² / V² estas granda) la distanco inter la molekuloj pli proksimiĝas. Ju pli proksimiĝas la distanco inter la molekuloj, des pli granda estas la ebleco de interagado inter la molekuloj (kolizio, altiro unu al la alia). Tial n² / V² estas rekte proporcia al la konstanto a (komparu kun la ekvacio de van der Waals, maldekstra flanko). Ju pli granda estas la valoro de n² / V² , des pli granda estas la alloga forto inter la molekuloj (a). Male, se la gaspremo (P) estas malgranda, tiam la gasvolumeno (V) pli proksimiĝas. Ju pli granda V, des pli malgranda n² / V² . Ju pli malgranda n² / V² , la alloga forto inter la molekuloj ankaŭ estas pli malgranda.
(V – bn) = La diferenco inter la gasvolumeno kaj la tuta volumeno de gasmolekuloj. La konstanto b indikas la volumenon de unu molo da gasmolekuloj. n = nombro da moloj. La produto de b kaj n (bn) = la tuta volumeno de gasmolekuloj. Se la gaspremo (P) estas pli granda, la gasvolumeno (V) estas pli malgranda.
Ju pli malgranda V, des pli malgranda (V – bn). Tio signifas, ke la distanco inter molekuloj estas pli proksima kaj kompreneble la alloga forto inter la molekuloj estas pli granda. Male, se la gaspremo estas pli malalta, la gasvolumeno estas pli granda. Ju pli granda la gasvolumeno, des pli granda (V – bn). Ju pli granda (V – bn), des pli malgranda la alloga forto inter la gasmolekuloj.
Ni povas diri, ke la statoekvacio de van der Waals priskribas la staton de reala gaso pli precize ol la statoekvacio de idealaj gasoj. Kiam la gaspremo kaj denseco estas sufiĉe grandaj, la statoekvacio de van der Waals donas pli precizajn rezultojn. Se la gaspremo ne estas tro granda, tiam (an² / V² ) kaj (V-bn) povas esti neglektitaj, tiel ke la statoekvacio de van der Waals transformiĝas en la statoekvacion de idealaj gasoj.
