Van der Valsas yra olandų fiziko J. D. van der Valso (1837–1923) vardas. Van der Valso būsenos lygtis iš tikrųjų yra dujų būsenos lygtis, panaši į idealiųjų dujų būsenos lygtį . Skirtumas tas, kad idealiųjų dujų lygtis negali pateikti tikslių rezultatų, jei realių dujų slėgis ir tankis yra pakankamai dideli. Tačiau van der Valso būsenos lygtis gali pateikti tikslesnius rezultatus.
Šią lygtį sukūrė Van der Valsas, kuris pripažino idealiųjų dujų būsenos lygties apribojimus. Valsas modifikavo idealiųjų dujų būsenos lygtį, pridėdamas keletą veiksnių, kurie įtakoja realių dujų būseną, kai realių dujų slėgis ir tankis yra pakankamai aukšti.
Didėjant dujų slėgiui, didėja ir dujų temperatūra bei tankis, o dujų tūris mažėja.
Dujų slėgis yra atvirkščiai proporcingas tūriui. Jei dujų slėgis didėja, tūris mažėja. Ir atvirkščiai, jei dujų tūris mažėja, dujų slėgis didėja. Kai dujų tūris mažėja, dujų tankis didėja (tankis = tankis = masė / tūris). Galima teigti, kad slėgis yra tiesiogiai proporcingas tankiui. Jei dujų slėgis didelis, tai dujų tankis taip pat yra didelis. Ir atvirkščiai, jei dujų slėgis mažas, tai dujų tankis taip pat yra mažas. Dujų slėgis taip pat yra tiesiogiai proporcingas temperatūrai. Jei dujų slėgis didėja, dujų temperatūra didėja. Galime daryti išvadą, kad jei dujų slėgis didėja, dujų temperatūra ir tankis didėja, o dujų tūris mažėja.
Kai dujų tūris mažėja, atstumas tarp molekulių mažėja. Artėjant atstumui tarp molekulių, molekulės traukia viena kitą. Tai panašu į tai, kai geležies gabalas priartinamas prie magneto. Jei atstumas tarp magneto ir geležies yra pakankamai didelis, magnetas negali pritraukti geležies. Tačiau jei atstumas tarp magneto ir geležies yra mažas, geležis iš karto priartėja. Kai molekulės ruošiasi susidurti, elektronai, esantys molekulių išorėje, stumia vienas kitą (elektrinė stūma). Dėl to molekulės negali sulipti. Remiantis šiuo trumpu paaiškinimu, galima teigti, kad traukos jėga tarp molekulių taip pat turi įtakos dujų būklei.
Kai dujų slėgis yra pakankamai didelis, o dujų tūris mažas, atstumas tarp molekulių sumažėja. Tokiu atveju molekulės užpildo beveik visą dujų tūrį. Kadangi molekulės taip pat turi dydį (atominis skersmuo = 10⁻⁴ m ), taip pat reikia atsižvelgti į šių molekulių tūrį.
Būsenos lygtis
Van der Valsas išvedė būsenos lygtį, atsižvelgdamas į molekulių tūrį ir tarp jų vykstančias sąveikas. Van der Valso išvesta lygtis yra idealiųjų dujų būsenos lygties PV = nRT modifikacija.
Informacija:
P = dujų slėgis (N/m² = Pa)
V = Dujų tūris ( m³ )
R = Universalioji dujų konstanta (R = 8,315 J/mol·K = 8315 kJ/kmol·K)
T = Temperatūra (K)
a = Empirinė konstanta (jos vertė priklauso nuo traukos jėgos tarp dujų molekulių)
b = empirinė konstanta (žymi vieno molio dujų molekulių tūrį)
n = molių skaičius (mol)
bn = Bendras dujų molekulių tūris
Konstantos a ir b gaunamos eksperimentiškai. Konstantų a ir b vertės priklauso nuo dujų tipo.
n² / V² = molių skaičiaus kvadrato (n) ir dujų tūrio kvadrato (V) santykis. n² / V² vertė priklauso nuo dujų slėgio ir tankio. Jei dujų slėgis (P) didelis, tai dujų tūris (V) mažas. Kuo mažesnis V, tuo didesnis n² / V² . Kai dujų tūris mažas (n² / V² didelis ), atstumas tarp molekulių tampa mažesnis. Kuo mažesnis atstumas tarp molekulių, tuo didesnė jų sąveikos (susidūrimo, traukos viena kitai) galimybė. Todėl n² / V² yra tiesiogiai proporcingas konstantai a (palyginkite su van der Valso lygtimi, kairėje pusėje). Kuo didesnė n² / V² vertė , tuo didesnė traukos jėga tarp molekulių (a). Ir atvirkščiai, jei dujų slėgis (P) mažas, tai dujų tūris (V) tampa didelis. Kuo didesnis V, tuo mažesnis n² / V² . Kuo mažesnis n 2 / V 2 , tuo mažesnė ir traukos jėga tarp molekulių.
(V – bn) = Skirtumas tarp dujų tūrio ir bendro dujų molekulių tūrio. Konstanta b nurodo vieno molio dujų molekulių tūrį. n = molių skaičius. b ir n sandauga (bn) = bendras dujų molekulių tūris. Jei dujų slėgis (P) yra didesnis, dujų tūris (V) yra mažesnis.
Kuo mažesnis V, tuo mažesnis (V – bn). Tai reiškia, kad atstumas tarp molekulių yra mažesnis ir, žinoma, traukos jėga tarp molekulių yra didesnė. Ir atvirkščiai, jei dujų slėgis yra mažesnis, dujų tūris yra didesnis. Kuo didesnis dujų tūris, tuo didesnis (V – bn). Kuo didesnis (V – bn), tuo mažesnė traukos jėga tarp dujų molekulių.
Galime teigti, kad van der Valso būsenos lygtis tiksliau apibūdina realių dujų būseną nei idealiųjų dujų lygtis. Kai dujų slėgis ir tankis yra pakankamai dideli, van der Valso lygtis duoda tikslesnius rezultatus. Jei dujų slėgis nėra per didelis, tada (an² / V² ) ir (V-bn) galima nepaisyti, todėl van der Valso būsenos lygtis virsta idealiųjų dujų būsenos lygtimi.
