Ван дер Валс е името на холандскиот физичар Ј.Д. ван дер Валс (1837–1923). Ван дер Валсовата равенка на состојбата е всушност равенка на гас, слична на равенката на идеален гас на состојбата . Разликата е во тоа што равенката на идеален гас не може да даде точни резултати ако притисокот и густината на реалниот гас се доволно големи. Сепак, равенката на ван дер Валс на состојбата може да даде поточни резултати.
Оваа равенка потекнува од Ван дер Валс, кој ги препознал ограничувањата на равенката на идеалната состојба на гасот. Валс ја изменил равенката на идеалната состојба на гасот со додавање на неколку фактори кои влијаат на состојбата на реалниот гас кога притисокот и густината на реалниот гас се доволно високи.
Со зголемувањето на притисокот на гасот, се зголемуваат и температурата и густината на гасот, додека волуменот на гасот се намалува.
Притисокот на гасот е обратно пропорционален на волуменот. Ако притисокот на гасот се зголеми, волуменот се намалува. Обратно, ако волуменот на гасот се намали, притисокот на гасот се зголемува. Кога волуменот на гасот се намалува, густината на гасот се зголемува (густина = густина = маса / волумен). Може да се каже дека притисокот е директно пропорционален на густината. Ако притисокот на гасот е висок, тогаш густината на гасот е исто така висока. Обратно, ако притисокот на гасот е низок, тогаш густината на гасот е исто така ниска. Притисокот на гасот е исто така директно пропорционален на температурата. Ако притисокот на гасот се зголеми, температурата на гасот се зголемува. Можеме да заклучиме дека ако притисокот на гасот се зголеми, температурата и густината на гасот се зголемуваат, додека волуменот на гасот се намалува.
Кога волуменот на гасот се намалува, растојанието меѓу молекулите се намалува. Како што растојанието меѓу молекулите се намалува, молекулите се привлекуваат едни со други. Слично е како кога парче железо се приближува до магнет. Ако растојанието меѓу магнетот и железото е доволно големо, магнетот не може да го привлече железото. Но, ако растојанието меѓу магнетот и железото е мало, железото веднаш се привлекува поблиску. Кога молекулите се пред судир, електроните на надворешната страна од молекулите се одбиваат едни со други (електрично одбивање). Како резултат на тоа, молекулите не можат да се држат заедно. Од ова кратко објаснување, може да се каже дека привлечната сила меѓу молекулите влијае и на состојбата на гасот.
Кога притисокот на гасот е доволно висок, а волуменот на гасот е мал, растојанието помеѓу молекулите станува помало. Во овој случај, молекулите го исполнуваат речиси целиот волумен на гасот. Бидејќи молекулите имаат и големина (атомски дијаметар = 10-10 m ), треба да го земеме предвид и волуменот на овие молекули.
Равенка на состојба
Ван дер Валс извел равенка на состојбата, земајќи го предвид волуменот на молекулите и интеракциите што се јавуваат меѓу молекулите. Равенката добиена од Ван дер Валс е модификација на равенката на идеален гас во состојба PV = nRT.
Информации:
P = Притисок на гасот (N/m2 = Pa)
V = Волумен на гас ( m3 )
R = Универзална гасна константа (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
T = Температура (K)
a = Емпириска константа (нејзината вредност зависи од привлечната сила помеѓу молекулите на гасот)
b = емпириска константа (претставува волумен на еден мол молекули на гас)
n = Број на молови (мол)
bn = Вкупен волумен на молекули на гас
Константите a и b се добиваат експериментално. Вредностите на константите a и b зависат од видот на гасот.
n2 / V2 = односот на квадратот на бројот на молови (n) кон квадратот на волуменот на гасот (V). Вредноста на n2 / V2 зависи од притисокот и густината на гасот. Ако притисокот на гасот (P) е голем, тогаш и волуменот на гасот (V) е мал. Колку е помал V, толку е поголем n2 / V2 . Кога волуменот на гасот е мал (n2 / V2 е голем), растојанието помеѓу молекулите станува поблиску. Колку е поблиску растојанието помеѓу молекулите, толку е поголема можноста за интеракција помеѓу молекулите (судир, привлекување едни кон други). Затоа, n2 / V2 е директно пропорционален на константата a (споредете со равенката на ван дер Валс, лева страна). Колку е поголема вредноста на n2 / V2 , толку е поголема привлечната сила помеѓу молекулите (a). Обратно, ако притисокот на гасот (P) е мал, тогаш волуменот на гасот (V) станува голем. Колку е поголем V, толку е помал n2 / V2 . Колку е помало n2 / V2 , толку е помала и привлечната сила помеѓу молекулите.
(V – bn) = Разликата помеѓу волуменот на гасот и вкупниот волумен на молекулите на гасот. Константата b го означува волуменот на еден мол молекули на гас. n = број на молови. Производот од b и n (bn) = вкупниот волумен на молекули на гасот. Ако притисокот на гасот (P) е поголем, волуменот на гасот (V) е помал.
Колку е помало V, толку е помало (V – bn). Ова значи дека растојанието меѓу молекулите е помало и секако привлечната сила меѓу молекулите е поголема. Обратно, ако притисокот на гасот е помал, волуменот на гасот е поголем. Колку е поголем волуменот на гасот, толку е поголем (V – bn). Колку е поголемо (V – bn), толку е помала привлечната сила меѓу молекулите на гасот.
Можеме да кажеме дека равенката на ван дер Валс ја опишува состојбата на реален гас попрецизно од равенката на идеален гас. Кога притисокот и густината на гасот се доволно големи, равенката на ван дер Валс дава поточни резултати. Ако притисокот на гасот не е преголем, тогаш (an 2 / V 2 ) и (V-bn) можат да се занемарат, така што равенката на ван дер Валс се претвора во равенка на идеален гас.
