ვან დერ ვალსი ჰოლანდიელი ფიზიკოსის, ჯ.დ. ვან დერ ვაალსის (1837-1923) სახელია. ვან დერ ვაალსის მდგომარეობის განტოლება გაზის მდგომარეობის განტოლებაა, მსგავსი იდეალური აირის მდგომარეობის განტოლებისა. განსხვავება ისაა, რომ იდეალური აირის მდგომარეობის განტოლებას არ შეუძლია ზუსტი შედეგების მოცემა, თუ რეალური აირის წნევა და სიმკვრივე საკმარისად დიდია. მაშინ როდესაც ვან დერ ვაალსის მდგომარეობის განტოლებას შეუძლია უფრო ზუსტი შედეგების მოტანა.
ამ განტოლების არსებობა ვან დერ ვაალსიდან მომდინარეობს, რომელმაც გააცნობიერა იდეალური მდგომარეობის განტოლების შეზღუდვები. ვაალსმა შეცვალა იდეალური აირის მდგომარეობის განტოლება რამდენიმე ფაქტორის დამატებით, რომლებიც ასევე გავლენას ახდენენ რეალურ აირის მდგომარეობაზე, როდესაც რეალური აირის წნევა და სიმკვრივე დიდია.
გაზის წნევა მოცულობის უკუპროპორციულია. თუ გაზის წნევა იზრდება, გაზის მოცულობა მცირდება. პირიქით, თუ გაზის მოცულობა მცირდება, გაზის წნევა იზრდება. როდესაც გაზის მოცულობა მცირდება, გაზის სიმკვრივე იზრდება (სიმკვრივე = მასა / მოცულობა). შეიძლება ითქვას, რომ წნევა სიმკვრივის პირდაპირპროპორციულია. თუ გაზის წნევა დიდია, გაზის სიმკვრივეც დიდია. პირიქით, თუ გაზის წნევა მცირეა, გაზის სიმკვრივეც მცირეა. გაზის წნევა ასევე ტემპერატურის პირდაპირპროპორციულია. თუ გაზის წნევა იზრდება, გაზის ტემპერატურაც იზრდება. შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ თუ გაზის წნევა იზრდება, ტემპერატურა და სიმკვრივე იცვლება, ხოლო გაზის მოცულობა მცირდება.
როდესაც აირის მოცულობა მცირდება, მოლეკულებს შორის მანძილი მცირდება. როდესაც მოლეკულებს შორის მანძილი მცირდება, მოლეკულები ერთმანეთს იზიდავენ. ეს იგივეა, როდესაც რკინის ნაჭერი მაგნიტთან ახლოს მიიტანეს. თუ მაგნიტსა და რკინას შორის მანძილი საკმარისად დიდია, მაგნიტი ვერ მიიზიდავს რკინას. მაგრამ თუ მაგნიტსა და რკინას შორის მანძილი მცირეა, რკინა უფრო ახლოს მიიზიდება. როდესაც მოლეკულები შეჯახებას აპირებენ, მოლეკულის გარეთა მხარეს არსებული ელექტრონები ერთმანეთს განიზიდავენ (ელექტრული განზიდვა). შედეგად, მოლეკულები ერთმანეთს ვერ მიეკრობა. ამ მოკლე აღწერილობიდან შეიძლება ითქვას, რომ მოლეკულებს შორის მიზიდვის ძალა გავლენას ახდენს აირის მდგომარეობაზე.
როდესაც გაზის წნევა საკმარისად დიდია და მისი მოცულობა მცირე ხდება, მოლეკულებს შორის მანძილი უფრო მოკლე ხდება. რადგან მოლეკულებსაც აქვთ ზომა (ატომის დიამეტრი = 10 -10 მ), მაშინ ამ მოლეკულების მოცულობაც უნდა გავითვალისწინოთ.
ვან დერ ვაალსი ამცირებს მდგომარეობის განტოლებას, მოლეკულური მოცულობისა და მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების გათვალისწინებით. ვან დერ ვაალსის მიერ მიღებული განტოლება იდეალური აირის მდგომარეობის განტოლების PV = n R T მოდიფიკაციის შედეგია. ვან დერ ვაალსის მდგომარეობის განტოლება:
P = გაზის წნევა (N / მ 2 = Pa)
V = გაზის მოცულობა (მ 3 )
R = უნივერსალური გაზის მუდმივი (R = 8.315 J / მოლ. K = 8315 კჯ / კმოლ. K)
T = ტემპერატურა (K)
a = ემპირიული მუდმივა (მნიშვნელობა დამოკიდებულია აირის მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ძალაზე)
b = ემპირიული მუდმივა (წარმოადგენს გაზის მოლეკულების ერთი მოლის მოცულობას)
n = მოლების რაოდენობა (მოლი)
bn = გაზის მოლეკულების საერთო მოცულობა
მუდმივები a და b მიიღება ექსპერიმენტებით. მუდმივი მნიშვნელობები a და b დამოკიდებულია გაზის ტიპზე.
n2 / ვ2 = მოლების რაოდენობის (n) კვადრატული შეფარდება აირის მოცულობის კვადრატთან (V). n-ის მნიშვნელობა2 / ვ2 დამოკიდებულია აირის წნევასა და სიმკვრივეზე. თუ აირის წნევა (P) დიდია, მაშინ აირის მოცულობა (V) მცირეა. რაც უფრო პატარაა V, მით უფრო დიდია n2 / ვ2როდესაც გაზის მოცულობა მცირეა (n2 / ვ2 (დიდია) რაც უფრო ახლოსაა მოლეკულებს შორის მანძილი. რაც უფრო ახლოსაა მოლეკულებს შორის მანძილი, მით უფრო დიდია ამ მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედება (შეჯახება, ერთმანეთთან შეჭიდება). ამიტომ, n2 / ვ2 პირდაპირპროპორციულია მუდმივასა (შეადარეთ ვან დერ ვაალის განტოლებას). რაც უფრო დიდია n-ის მნიშვნელობა2 / ვ2, რაც უფრო დიდია მოლეკულებს შორის მიზიდულობა (ა).
პირიქით, თუ გაზის წნევა (P) მცირეა, მაშინ გაზის მოცულობა (V) დიდი ხდება. რაც უფრო თვალსაჩინოა V, მით უფრო მცირეა n2 / ვ2რაც უფრო დაბალია n2 / ვ2, რაც უფრო დაბალია მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ძალა.
(V – bn) = გაზის მოცულობასა და გაზის მოლეკულების მთლიან მოცულობას შორის სხვაობა. მუდმივა b წარმოადგენს გაზის მოლეკულების ერთი მოლის მოცულობას. n = მოლების რაოდენობა. b-სა და n-ს შორის დროის ნამრავლი (bn) = გაზის მოლეკულების მთლიან მოცულობას. თუ გაზის წნევა (P) უფრო მნიშვნელოვანი ხდება, მაშინ გაზის მოცულობა (V) მცირდება.
რაც უფრო პატარაა V, მით უფრო პატარაა (V – bn). ეს ნიშნავს, რომ მოლეკულებს შორის მანძილი იზრდება და, რა თქმა უნდა, მოლეკულებს შორის მიზიდულობაც იზრდება. პირიქით, თუ აირის წნევა მცირდება, აირის მოცულობაც იზრდება. რაც უფრო დიდია აირის მოცულობა, მით უფრო მაღალია (V – bn). რაც უფრო დიდია (V – bn), მით უფრო პატარაა აირის მოლეკულებს შორის მიზიდულობა.
შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ვან დერ ვაალის მდგომარეობის განტოლება უფრო ზუსტად აღწერს რეალურ აირის მდგომარეობას, ვიდრე იდეალური აირის განტოლება. როდესაც წნევა და აირის სიმკვრივე საკმარისად დიდია, ვან დერ ვაალის განტოლება უფრო ზუსტ შედეგებს იძლევა. თუ აირის წნევა ძალიან დიდი არ არის, მაშინ (an 2 / V 2 ) და (V-bn) შეიძლება იგნორირებული იყოს, რის გამოც ვან დერ ვაალის მდგომარეობის განტოლება იდეალური აირის მდგომარეობის განტოლებად გარდაიქმნება.
