Van der Walls je ime nizozemskog fizičara JD van der Waalsa (1837.-1923.). Van der Waalsova jednadžba stanja je jednadžba stanja plina, slična jednadžbi stanja idealnog plina. Razlika je u tome što jednadžba stanja idealnog plina ne može dati točne rezultate ako su tlak i gustoća stvarnog plina dovoljno veliki, dok Van der Waalsova jednadžba stanja može dati točnije rezultate.
Postojanje ove jednadžbe potječe od Van der Waalsa, koji je shvatio ograničenja jednadžbe idealnog stanja. Waals je modificirao jednadžbu stanja idealnog plina dodavanjem nekoliko faktora koji također utječu na stanje stvarnog plina, kada su tlak i gustoća stvarnog plina veliki.
Tlak plina obrnuto je proporcionalan volumenu. Ako se tlak plina povećava, volumen plina se smanjuje. Suprotno tome, ako se volumen plina smanjuje, tlak plina se povećava. Kada se volumen plina smanjuje, gustoća plina se povećava (gustoća = masa / volumen). Može se reći da je tlak izravno proporcionalan gustoći. Ako je tlak plina velik, gustoća plina je također velika. Suprotno tome, ako je tlak plina mali, gustoća plina je također mala. Tlak plina je također izravno proporcionalan temperaturi. Ako se tlak plina povećava, temperatura plina se povećava. Možemo zaključiti da ako se tlak plina povećava, povećavaju se temperatura i gustoća plina, dok se volumen plina smanjuje.
Kada se volumen plina smanji, udaljenost između molekula postaje manja. Kada se udaljenost između molekula smanji, molekule se međusobno privlače. To je kao kada se komad željeza približi magnetu. Ako je udaljenost između magneta i željeza dovoljno velika, magnet ne može povući željezo. Ali ako je udaljenost između magneta i željeza mala, željezo se privlači bliže. Kada su molekule pred sudarom, elektroni na vanjskoj strani molekule se međusobno odbijaju (električno odbijanje). Kao rezultat toga, molekule se ne mogu držati zajedno. Iz ovog kratkog opisa može se reći da sila privlačenja između molekula utječe na stanje plina.
Kada je tlak plina dovoljno velik, a volumen plina postane mali, udaljenost između molekula postaje manja. Budući da molekule također imaju veličinu (atomski promjer = 10 -10 m), tada moramo uzeti u obzir i volumen tih molekula.
Van der Waals smanjuje jednadžbu stanja, uzimajući u obzir molekularni volumen i interakcije koje se događaju između molekula. Jednadžba koju je izveo Van der Waals rezultat je modifikacije jednadžbe stanja idealnog plina PV = n R T. Van der Waalsova jednadžba stanja:
P = tlak plina (N / m² = Pa)
V = volumen plina ( m3 )
R = univerzalna plinska konstanta (R = 8.315 J / mol.K = 8315 kJ / kmol.K)
T = temperatura (K)
a = empirijska konstanta (vrijednost ovisi o sili privlačenja između molekula plina)
b = empirijska konstanta (koja predstavlja volumen jednog mola molekula plina)
n = Broj molova (mol)
bn = ukupni volumen molekula plina
Konstante a i b dobivaju se eksperimentima. Konstantne vrijednosti a i b ovise o vrsti plina.
n2 /V2 = kvadratni omjer broja molova (n) i kvadrata volumena plina (V). Vrijednost n2 /V2 ovisi o tlaku i gustoći plina. Ako je tlak plina (P) velik, tada je volumen plina (V) mali. Što je V manji, to je n veći2 /V2Kada je volumen plina mali (n2 /V2 (velika) udaljenost između molekula je manja. Što je udaljenost između molekula manja, to su veće interakcije između tih molekula (sudari, privlačenje). Stoga je n2 /V2 je izravno proporcionalna konstanti (usporedite s van der Waalsovom jednadžbom). Što je veća vrijednost n2 /V2, to je veća privlačnost među molekulama (a).
Suprotno tome, ako je tlak plina (P) malen, tada volumen plina (V) postaje velik. Što je V izraženiji, to je n manji.2 /V2Što je n niži2 /V2, to je manja privlačna sila između molekula.
(V – bn) = Razlika između volumena plina i ukupnog volumena molekula plina. Konstanta b predstavlja volumen jednog mola molekula plina. n = broj molova. Umnožak vremena između b i n (bn) = ukupni volumen molekula plina. Ako tlak plina (P) postane značajniji, tada se volumen plina (V) smanjuje.
Što je V manji, to je i (V – bn). To znači da se udaljenost između molekula povećava i, naravno, povećava se i privlačnost među molekulama. Obrnuto, ako se tlak plina smanji, volumen plina se poveća. Što je volumen plina veći, to je (V – bn) veći. Što je (V – bn), to je manja privlačnost između molekula plina.
Možemo reći da jednadžba van der Waalsovog stanja točnije opisuje stvarno stanje plina od jednadžbe idealnog plina. Kada su tlak i gustoća plina dovoljno veliki, van der Waalsova jednadžba daje točnije rezultate. Ako tlak plina nije prevelik, tada se (an² / V² ) i (V-bn) mogu zanemariti, tako da se Van der Waalsova jednadžba stanja pretvara u jednadžbu idealnog stanja plina.
