Van der Walls er nafn hollenska eðlisfræðingsins J.D. van der Waals (1837-1923). Van der Waals ástandsjafna er ástandsjafna lofttegundar, svipuð ástandsjöfnu kjörgass. Munurinn er sá að ástandsjafna kjörgass getur ekki gefið nákvæmar niðurstöður ef þrýstingur og eðlisþyngd raunverulegs gass eru nógu mikil. Van der Waals ástandsjafna getur hins vegar gefið nákvæmari niðurstöður.
Tilvist þessarar jöfnu á rætur að rekja til Van der Waals, sem gerði sér grein fyrir takmörkunum jöfnu um hugsjónarástand. Waals breytir ástandsjöfnu hugsjónargassins með því að bæta við nokkrum þáttum sem einnig hafa áhrif á raunverulegt gasástand, þegar þrýstingur og eðlisþyngd raunverulegs gass eru mikil.
Gasþrýstingur er í öfugu hlutfalli við rúmmál. Ef gasþrýstingurinn eykst, þá minnkar rúmmál gassins. Aftur á móti, ef gasrúmmálið minnkar, þá eykst gasþrýstingurinn. Þegar gasrúmmálið minnkar, eykst gasþéttleiki (þéttleiki = massi / rúmmál). Hægt er að segja að þrýstingurinn sé í beinu hlutfalli við eðlisþyngdina. Ef gasþrýstingurinn er mikill, þá er gasþéttleikinn einnig mikill. Aftur á móti, ef gasþrýstingurinn er lítill, þá er gasþéttleikinn einnig lítill. Gasþrýstingur er einnig í beinu hlutfalli við hitastig. Ef gasþrýstingurinn eykst, þá eykst gashitinn. Við getum ályktað að ef gasþrýstingurinn eykst, þá minnkar hitastig og eðlisþyngd gassins á sama tíma.
Þegar rúmmál gassins minnkar, eykst fjarlægðin milli sameindanna. Þegar fjarlægðin milli sameindanna eykst, draga sameindirnar hvor að annarri. Það er eins og þegar járnbútur er færður nálægt segli. Ef fjarlægðin milli segulsins og járnsins er nógu mikil, getur segullinn ekki dregið járn. En ef fjarlægðin milli segulsins og járnsins er lítil, þá togast járnið nær. Þegar sameindirnar eru að fara að rekast á, hrinda rafeindirnar á ytra byrði sameindarinnar hvor annarri frá sér (rafmagnsfráhrinding). Fyrir vikið geta sameindir ekki fest sig saman. Af þessari stuttu lýsingu má segja að togkrafturinn milli sameindanna hafi áhrif á ástand gassins.
Þegar gasþrýstingurinn er nógu mikill og rúmmál gassins verður lítið, þá minnkar fjarlægðin milli sameindanna. Þar sem sameindir hafa einnig stærð (atómþvermál = 10⁻⁹⁰ -10⁻¹ m), þá þurfum við einnig að taka tillit til rúmmáls þessara sameinda.
Van der Waals minnkar ástandsjöfnu með tilliti til sameindarúmmáls og víxlverkunar sem á sér stað milli sameinda. Jafnan sem Van der Waals leiðir af er afleiðing breytinga á kjörgasástandsjöfnunni PV = n/R/T. Van der Waals ástandsjöfnu:
P = gasþrýstingur (N / m² = Pa)
V = gasrúmmál ( m³ )
R = alhliða gasstuðull (R = 8.315 J / mól K = 8315 kJ / kmól K)
T = hitastig (K)
a = raunlegur fasti (gildið fer eftir aðdráttarkrafti milli gassameindanna)
b = raunvísisfasti (sem táknar rúmmál eins móls af gassameindum)
n = Fjöldi móla (mól)
bn = heildarrúmmál gassameinda
Stöðurnar a og b eru fengnar með tilraunum. Stöðurnar a og b eru háðar gerð gassins.
n2 /V2 = ferningshlutfall fjölda móla (n) og rúmmáls gassins (V) í öðru veldi. Gildi n2 /V2 fer eftir þrýstingi og eðlisþyngd gassins. Ef gasþrýstingurinn (P) er mikill, þá er rúmmál gassins (V) lítið. Því minna sem V er, því stærra er n2 /V2Þegar gasrúmmálið er lítið (n2 /V2 (ef stórt) er fjarlægðin milli sameindanna minni. Því minni sem fjarlægðin er milli sameindanna, því meiri eru víxlverkunin milli þessara sameinda (árekstrar, tog). Þess vegna, n2 /V2 er í beinu hlutfalli við fasta (berið saman við van der Waals jöfnu). Því stærra sem gildið á n er2 /V2, því meiri er aðdráttaraflið milli sameindanna (a).
Aftur á móti, ef gasþrýstingurinn (P) er lítill, þá verður rúmmál gassins (V) stærra. Því meira sem V er áberandi, því minna er n.2 /V2Því lægra sem n2 /V2, því minni er aðdráttarkrafturinn milli sameindanna.
(V – bn) = Mismunur á rúmmáli gassins og heildarrúmmáli gassameinda. Fastinn b táknar rúmmál eins móls af gassameindum. n = fjöldi móla. Margfeldi tímans milli b og n (bn) = heildarrúmmál gassameinda. Ef gasþrýstingurinn (P) eykst, þá minnkar rúmmál gassins (V).
Því minna sem V er, því minna (V – bn). Þetta þýðir að fjarlægðin milli sameindanna eykst og að sjálfsögðu eykst aðdráttaraflið milli sameindanna. Aftur á móti, ef gasþrýstingurinn minnkar, þá stækkar gasrúmmálið. Því meira sem rúmmál gassins er, því hærra (V – bn). Því stærra (V – bn), því minni er aðdráttaraflið milli gassameindanna.
Við getum sagt að jafna van der Waals ástandsins lýsi raunverulegu gasástandi nákvæmari en jafna fyrir kjörgas. Þegar þrýstingur og gasþéttleiki eru nógu stór gefur van der Waals jafnan nákvæmari niðurstöður. Ef gasþrýstingurinn er ekki of mikill, þá er hægt að hunsa (an² / V² ) og (V-bn), þannig að jafna Van der Waals ástandsins breytist í kjörgasástandsjöfnu.
