Ван дер Ваальс - голландиялық физигі Дж.Д. ван дер Ваальстың (1837–1923) есімі. Ван дер Ваальс күй теңдеуі шын мәнінде газ күй теңдеуі болып табылады, ол идеал газ күй теңдеуіне ұқсас . Айырмашылығы - идеал газ теңдеуі нақты газдың қысымы мен тығыздығы жеткілікті үлкен болса, дәл нәтижелер бере алмайды. Дегенмен, ван дер Ваальс күй теңдеуі дәлірек нәтижелер бере алады.
Бұл теңдеудің бастауын Ван дер Ваальс алды, ол идеал газ күйінің теңдеуінің шектеулерін мойындады. Ваальс нақты газдың қысымы мен тығыздығы жеткілікті жоғары болған кезде нақты газдың күйіне әсер ететін бірнеше факторларды қосу арқылы идеал газ күйінің теңдеуін өзгертті.
Газ қысымы артқан сайын газдың температурасы мен тығыздығы да артады, ал газ көлемі азаяды.
Газ қысымы көлемге кері пропорционалды. Егер газ қысымы артса, көлем азаяды. Керісінше, егер газ көлемі азайса, газ қысымы артады. Газ көлемі азайған кезде газ тығыздығы артады (тығыздық = тығыздық = масса / көлем). Қысым тығыздыққа тура пропорционалды деп айтуға болады. Егер газ қысымы жоғары болса, онда газ тығыздығы да жоғары болады. Керісінше, егер газ қысымы төмен болса, онда газ тығыздығы да төмен болады. Газ қысымы да температураға тура пропорционалды. Егер газ қысымы артса, газ температурасы артады. Егер газ қысымы артса, газ температурасы мен тығыздығы артады, ал газ көлемі азаяды деген қорытынды жасауға болады.
Газ көлемі азайған кезде, молекулалар арасындағы қашықтық жақындайды. Молекулалар арасындағы қашықтық жақындаған сайын, молекулалар бір-біріне тартылады. Бұл темір кесегін магнитке жақындатқан кездегі жағдайға ұқсас. Егер магнит пен темір арасындағы қашықтық жеткілікті алыс болса, магнит темірді тарта алмайды. Бірақ егер магнит пен темір арасындағы қашықтық жақын болса, темір бірден жақындайды. Молекулалар соқтығысуға жақын қалғанда, молекулалардың сыртындағы электрондар бір-бірін тебеді (электрлік итеру). Нәтижесінде молекулалар бір-біріне жабыса алмайды. Осы қысқаша түсініктемеден молекулалар арасындағы тартымды күш газдың күйіне де әсер ететінін айтуға болады.
Газ қысымы жеткілікті жоғары және газ көлемі аз болған кезде, молекулалар арасындағы қашықтық жақындайды. Бұл жағдайда молекулалар газдың барлық көлемін дерлік толтырады. Молекулалардың да өлшемдері бар болғандықтан (атом диаметрі = 10-10 м ), біз бұл молекулалардың көлемін де ескеруіміз керек.
Күй теңдеуі
Ван-дер-Ваальс молекулалардың көлемін және молекулалар арасында болатын өзара әрекеттесулерді ескере отырып, күй теңдеуін шығарды. Ван-дер-Ваальс шығарған теңдеу PV = nRT күйінің идеал газ теңдеуінің модификациясы болып табылады.
Ақпарат :
P = Газ қысымы (Н/м² = Па)
V = Газ көлемі ( м³ )
R = Әмбебап газ тұрақтысы (R = 8,315 Дж/моль.К = 8315 кДж/кмоль.К)
T = Температура (K)
a = Эмпирикалық тұрақты (оның мәні газ молекулалары арасындағы тартымды күшке байланысты)
b = эмпирикалық тұрақты (бір мол газ молекулаларының көлемін білдіреді)
n = Моль саны (моль)
bn = Газ молекулаларының жалпы көлемі
a және b тұрақтылары тәжірибе жүзінде алынған. a және b тұрақтыларының мәндері газ түріне байланысты.
n2 /V2 = моль санының квадратының (n) газ көлемінің квадратына (V) қатынасы. n2 / V2 мәні газдың қысымы мен тығыздығына байланысты. Егер газ қысымы (P) үлкен болса, онда газ көлемі (V) аз болады. V неғұрлым кіші болса, n2 /V2 соғұрлым үлкен болады. Газ көлемі аз болғанда ( n2 / V2 үлкен болса), молекулалар арасындағы қашықтық жақындайды. Молекулалар арасындағы қашықтық неғұрлым жақын болса, молекулалар арасындағы өзара әрекеттесу мүмкіндігі соғұрлым жоғары болады (соқтығысу, бір-біріне тартылыс). Сондықтан n2 / V2 a тұрақтысына тура пропорционал (ван-дер - Ваальс теңдеуімен салыстырыңыз, сол жақта). n2 / V2 мәні неғұрлым үлкен болса, молекулалар арасындағы тартымды күш соғұрлым жоғары болады (a). Керісінше, егер газ қысымы (P) аз болса , онда газ көлемі (V) үлкен болады. V неғұрлым үлкен болса, n2 / V2 соғұрлым кіші болады . n2 /V2 неғұрлым кіші болса , молекулалар арасындағы тартылыс күші де соғұрлым аз болады.
(V – bn) = Газ көлемі мен газ молекулаларының жалпы көлемі арасындағы айырмашылық. b тұрақтысы бір моль газ молекулаларының көлемін көрсетеді. n = моль саны. b мен n көбейтіндісі (bn) = газ молекулаларының жалпы көлемі. Егер газ қысымы (P) үлкен болса, газ көлемі (V) кішірек болады.
V неғұрлым кіші болса, соғұрлым кішірек (V – bn). Бұл молекулалар арасындағы қашықтықтың жақын екенін және әрине молекулалар арасындағы тартымды күшінің үлкен екенін білдіреді. Керісінше, егер газ қысымы төмен болса, газ көлемі үлкенірек болады. Газ көлемі неғұрлым үлкен болса, соғұрлым үлкенірек (V – bn). Неғұрлым үлкен болса (V – bn), газ молекулалары арасындағы тартымды күш соғұрлым аз болады.
Ван-дер-Ваальс күй теңдеуі нақты газдың күйін идеал газ теңдеуіне қарағанда дәлірек сипаттайды деп айта аламыз. Газ қысымы мен тығыздығы жеткілікті үлкен болған кезде, ван-дер-Ваальс теңдеуі дәлірек нәтижелер береді. Егер газ қысымы тым үлкен болмаса, онда ( 2 / V2 ) және (V-bn) ескермеуге болады, сондықтан ван-дер-Ваальс күй теңдеуі идеал газ күйінің теңдеуіне айналады.
