Van der Walls é o nome dun físico neerlandés, J.D. van der Waals (1837-1923). A ecuación de estado de Van der Waals é unha ecuación de estado dun gas, semellante á ecuación de estado dun gas ideal. A diferenza é que a ecuación de estado dun gas ideal non pode proporcionar resultados precisos se a presión e a densidade do gas real son o suficientemente grandes, mentres que a ecuación de estado de Van der Waals pode producir resultados máis precisos.
A existencia desta ecuación provén de Van der Waals, quen se decatou das limitacións da ecuación dun estado ideal. Waals modificou a ecuación de estado do gas ideal engadindo varios factores que tamén inflúen na condición real do gas, cando a presión e a densidade do gas real son grandes.
A presión do gas é inversamente proporcional ao volume. Se a presión do gas aumenta, o volume do gas diminúe. Pola contra, se o volume do gas diminúe, a presión do gas aumenta. Cando o volume do gas diminúe, a densidade do gas aumenta (densidade = masa/volume). Pódese dicir que a presión é directamente proporcional á densidade. Se a presión do gas é grande, a densidade do gas tamén é grande. Pola contra, se a presión do gas é pequena, a densidade do gas tamén é pequena. A presión do gas tamén é directamente proporcional á temperatura. Se a presión do gas aumenta, a temperatura do gas aumenta. Podemos concluír que se a presión do gas aumenta, a temperatura e a densidade do gas diminúen, mentres que o volume do gas diminúe.
Cando o volume do gas diminúe, a distancia entre as moléculas achégase. Cando a distancia entre as moléculas se achega, as moléculas atráense. É coma cando se achega un anaco de ferro a un imán. Se a distancia entre o imán e o ferro é o suficientemente grande, o imán non pode atraer o ferro. Pero se a distancia entre o imán e o ferro é pequena, o ferro é atraído máis preto. Cando as moléculas están a piques de chocar, os electróns da parte exterior da molécula repélense (repulsión eléctrica). Como resultado, as moléculas non poden unirse. A partir desta breve descrición, pódese dicir que a forza de atracción entre as moléculas inflúe na condición do gas.
Cando a presión do gas é o suficientemente grande e o volume do gas se reduce, a distancia entre as moléculas achégase. Dado que as moléculas tamén teñen un tamaño (diámetro atómico = 10⁻⁵ m ), tamén debemos considerar o volume destas moléculas.
Van der Waals diminúe unha ecuación de estado, considerando o volume molecular e as interaccións que se producen entre as moléculas. A ecuación derivada por Van der Waals é o resultado da modificación da ecuación do estado do gas ideal PV = n R T. Ecuación de estado de Van der Waals:
P = presión do gas (N/m² = Pa)
V = volume de gas ( m³ )
R = constante universal dos gases (R = 8.315 J / mol K = 8315 kJ / kmol K)
T = temperatura (K)
a = constante empírica (o valor depende da forza de atracción entre as moléculas do gas)
b = constante empírica (que representa o volume dun mol de moléculas de gas)
n = Número de moles (mol)
bn = volume total de moléculas de gas
As constantes a e b obtéñense mediante experimentos. Os valores constantes a e b dependen do tipo de gas.
n2 /v2 = a razón cuadrática do número de moles (n) co cadrado do volume do gas (V). O valor de n2 /v2 depende da presión e da densidade do gas. Se a presión do gas (P) é grande, o volume do gas (V) é pequeno. Canto menor sexa V, maior será n2 /v2Cando o volume de gas é pequeno (n2 /v2 é grande) a distancia entre as moléculas é máis próxima. Canto máis próxima sexa a distancia entre as moléculas, maiores serán as interaccións entre estas moléculas (colisións, atraccións). Polo tanto, n2 /v2 é directamente proporcional a unha constante (compárese coa ecuación de van der Waals). Canto maior sexa o valor de n2 /v2, maior é a atracción entre as moléculas (a).
Pola contra, se a presión do gas (P) é pequena, o volume de gas (V) faise grande. Canto máis prominente sexa V, menor será n.2 /v2Canto menor sexa o n2 /v2, canto menor sexa a forza atractiva entre as moléculas.
(V – bn) = Diferenza entre o volume do gas e o volume total das moléculas de gas. A constante b representa o volume dun mol de moléculas de gas. n = número de moles. O produto do tempo entre b e n (bn) = o volume total das moléculas de gas. Se a presión do gas (P) se fai máis significativa, o volume do gas (V) diminúe.
Canto menor sexa V, menor será (V – bn). Isto significa que a distancia entre as moléculas aumenta e, por suposto, a atracción entre as moléculas aumenta. Pola contra, se a presión do gas diminue, o volume do gas aumenta. Canto maior sexa o volume de gas, maior será (V – bn). Canto maior sexa (V – bn), menor será a atracción entre as moléculas do gas.
Podemos dicir que a ecuación do estado de van der Waals describe o estado real do gas con maior precisión que a ecuación do gas ideal. Cando a presión e a densidade do gas son o suficientemente grandes, a ecuación de van der Waals dá resultados máis precisos. Se a presión do gas non é demasiado grande, entón pódense ignorar (an² / V² ) e (V-bn), de xeito que a ecuación do estado de van der Waals cambia a unha ecuación do estado do gas ideal.
