Van der Walls on hollandi füüsiku J. D. van der Waalsi (1837–1923) nimi. Van der Waalsi olekuvõrrand on gaasi olekuvõrrand, mis sarnaneb ideaalse gaasi olekuvõrrandiga. Erinevus seisneb selles, et ideaalse gaasi olekuvõrrand ei saa anda täpseid tulemusi, kui reaalse gaasi rõhk ja tihedus on piisavalt suured, samas kui Van der Waalsi olekuvõrrand võib anda täpsemaid tulemusi.
Selle võrrandi olemasolu pärineb van der Waalsilt, kes mõistis ideaalse oleku võrrandi piiranguid. Waals modifitseeris ideaalse gaasi olekuvõrrandit, lisades mitmeid tegureid, mis mõjutavad ka reaalse gaasi olekut, kui reaalse gaasi rõhk ja tihedus on suured.
Gaasi rõhk on pöördvõrdeline mahuga. Kui gaasi rõhk suureneb, väheneb gaasi maht. Vastupidiselt, kui gaasi ruumala väheneb, suureneb gaasi rõhk. Kui gaasi ruumala väheneb, suureneb gaasi tihedus (tihedus = mass / ruumala). Võib öelda, et rõhk on otseselt proportsionaalne tihedusega. Kui gaasi rõhk on suur, on ka gaasi tihedus suur. Vastupidiselt, kui gaasi rõhk on väike, on ka gaasi tihedus väike. Gaasi rõhk on samuti otseselt proportsionaalne temperatuuriga. Kui gaasi rõhk suureneb, tõuseb gaasi temperatuur. Võime järeldada, et kui gaasi rõhk suureneb, siis gaasi temperatuur ja tihedus vähenevad, samal ajal kui gaasi ruumala väheneb.
Kui gaasi maht väheneb, väheneb molekulide vaheline kaugus. Kui molekulide vaheline kaugus väheneb, hakkavad molekulid üksteist tõmbuma. See on nagu rauatükki magneti lähedale viimine. Kui magneti ja raua vaheline kaugus on piisavalt suur, ei saa magnet rauda tõmmata. Aga kui magneti ja raua vaheline kaugus on väike, tõmmatakse rauda lähemale. Kui molekulid hakkavad kokku põrkama, tõukuvad molekuli välisküljel olevad elektronid üksteist (elektriline tõukumine). Selle tulemusena ei saa molekulid kokku kleepuda. Selle lühikese kirjelduse põhjal võib öelda, et molekulide vaheline tõmbejõud mõjutab gaasi seisundit.
Kui gaasirõhk on piisavalt suur ja gaasi ruumala väheneb, muutub molekulide vaheline kaugus väiksemaks. Kuna molekulidel on ka suurus (aatomi läbimõõt = 10-10 m), siis peame arvestama ka nende molekulide mahuga.
Van der Waalsi olekuvõrrand vähendab molekulaarmahtu ja molekulide vahelisi interaktsioone. Van der Waalsi tuletatud võrrand on ideaalse gaasi olekuvõrrandi PV = n R T modifikatsiooni tulemus. Van der Waalsi olekuvõrrand:
P = gaasirõhk (N / m2 = Pa)
V = gaasi maht (m33)
R = universaalne gaasikonstant (R = 8.315 J / mol·K = 8315 kJ / kmol·K)
T = temperatuur (K)
a = empiiriline konstant (väärtus sõltub gaasimolekulide vahelisest tõmbejõust)
b = empiiriline konstant (esindab ühe mooli gaasimolekulide mahtu)
n = moolide arv (mol)
bn = gaasimolekulide kogumaht
Konstandid a ja b saadakse katsete abil. Konstantide väärtused a ja b sõltuvad gaasi tüübist.
n2 /V2 = moolide arvu (n) ja gaasi ruumala ruudu (V) ruutsuhe. n väärtus2 /V2 sõltub gaasi rõhust ja tihedusest. Kui gaasi rõhk (P) on suur, siis on gaasi ruumala (V) väike. Mida väiksem on V, seda suurem on n2 /V2Kui gaasi maht on väike (n2 /V2 on suur), seda väiksem on molekulide vaheline kaugus. Mida väiksem on molekulide vaheline kaugus, seda suuremad on nende molekulide vahelised interaktsioonid (põrumine, kokkutõmbumine). Seega n2 /V2 on otseselt proportsionaalne konstandiga (võrdle van der Waalsi võrrandiga). Mida suurem on n väärtus2 /V2, seda suurem on molekulide vaheline tõmbejõud (a).
Vastupidi, kui gaasirõhk (P) on väike, siis gaasi maht (V) muutub suureks. Mida suurem on V, seda väiksem on n2 /V2Mida madalam on n2 /V2, seda väiksem on molekulide vaheline atraktiivne jõud.
(V – bn) = Gaasi mahu ja gaasimolekulide kogumahu vahe. Konstant b tähistab ühe mooli gaasimolekulide mahtu. n = moolide arv. Aja b ja n vaheline korrutis (bn) = gaasimolekulide kogumaht. Kui gaasi rõhk (P) suureneb, siis gaasi maht (V) väheneb.
Mida väiksem on V, seda väiksem on (V – bn). See tähendab, et molekulide vaheline kaugus suureneb ja loomulikult suureneb molekulidevaheline tõmbejõud. Vastupidi, kui gaasi rõhk väheneb, suureneb gaasi ruumala. Mida suurem on gaasi ruumala, seda suurem on (V – bn). Mida suurem on (V – bn), seda väiksem on gaasimolekulide vaheline tõmbejõud.
Võib öelda, et van der Waalsi oleku võrrand kirjeldab tegelikku gaasi olekut täpsemalt kui ideaalse gaasi võrrand. Kui rõhk ja gaasi tihedus on piisavalt suured, annab van der Waalsi võrrand täpsemaid tulemusi. Kui gaasi rõhk ei ole liiga suur, siis (an2 /V2) ja (V-bn) võib ignoreerida, nii et Van der Waalsi olekuvõrrand muutub ideaalse gaasi olekuvõrrandiks.
