Van der Walls ialah nama seorang ahli fizik Belanda, JD van der Waals (1837-1923). Persamaan Keadaan Van der Waals ialah persamaan keadaan gas, serupa dengan Persamaan keadaan gas ideal. Perbezaannya ialah, Persamaan keadaan gas ideal tidak dapat memberikan hasil yang tepat jika tekanan dan ketumpatan gas nyata cukup besar. Manakala Persamaan Keadaan Van der Waals boleh menghasilkan hasil yang lebih tepat.
Kewujudan persamaan ini berasal daripada Van der Waals, yang menyedari batasan persamaan keadaan ideal. Waals, mengubah suai persamaan keadaan gas ideal, dengan menambah beberapa faktor yang turut mempengaruhi keadaan gas sebenar, apabila tekanan dan ketumpatan gas sebenar adalah besar.
Tekanan gas berkadar songsang dengan isipadu. Jika tekanan gas meningkat, isipadu gas berkurangan. Sebaliknya, jika isipadu gas berkurangan, tekanan gas meningkat. Apabila isipadu gas berkurangan, ketumpatan gas meningkat (ketumpatan = jisim / isipadu). Boleh dikatakan bahawa tekanan berkadar terus dengan ketumpatan. Jika tekanan gas besar, ketumpatan gas juga besar. Sebaliknya, jika tekanan gas kecil, ketumpatan gas juga kecil. Tekanan gas juga berkadar terus dengan suhu. Jika tekanan gas meningkat, suhu gas meningkat. Kita boleh membuat kesimpulan bahawa jika tekanan gas meningkat, suhu dan ketumpatan gas, manakala isipadu gas berkurangan.
Apabila isipadu gas berkurangan, jarak antara molekul menjadi lebih dekat. Apabila jarak antara molekul menjadi lebih dekat, molekul-molekul tersebut menarik antara satu sama lain. Ia seperti apabila sekeping besi didekatkan kepada magnet. Jika jarak antara magnet dan besi cukup jauh, magnet tidak dapat menarik besi. Tetapi jika jarak antara magnet dan besi dekat, besi ditarik lebih dekat. Apabila molekul-molekul hendak berlanggar, elektron-elektron di bahagian luar molekul akan menolak antara satu sama lain (tolakan elektrik). Akibatnya, molekul-molekul tidak dapat melekat bersama. Daripada penerangan ringkas ini, boleh dikatakan bahawa daya tarikan antara molekul mempengaruhi keadaan gas.
Apabila tekanan gas cukup besar, dan isipadu gas menjadi kecil, jarak antara molekul menjadi lebih dekat. Oleh kerana molekul juga mempunyai saiz (diameter atom = 10 -10 m), maka kita juga perlu mempertimbangkan isipadu molekul ini.
Van der Waals mengurangkan persamaan keadaan, dengan mengambil kira isipadu molekul dan interaksi yang berlaku antara molekul. Persamaan yang diperoleh oleh Van der Waals adalah hasil pengubahsuaian persamaan keadaan gas ideal PV = n R T. Persamaan Keadaan Van der Waals:
P = tekanan gas (N / m2 = Pa)
V = isipadu gas ( m3 )
R = pemalar gas universal (R = 8.315 J / mol. K = 8315 kJ / kmol. K)
T = suhu (K)
a = pemalar empirikal (nilai bergantung kepada daya tarikan antara molekul gas)
b = pemalar empirik (mewakili isipadu satu mol molekul gas)
n = Bilangan mol (mol)
bn = jumlah isipadu molekul gas
Pemalar a dan b diperoleh melalui eksperimen. Nilai pemalar a dan b bergantung pada jenis gas.
n2 /v2 = nisbah kuadratik bilangan mol (n) dengan kuasa dua isipadu gas (V). Nilai n2 /v2 bergantung pada tekanan dan ketumpatan gas. Jika tekanan gas (P) besar, maka isipadu gas (V) adalah kecil. Semakin kecil V, semakin besar n2 /v2Apabila isipadu gas kecil (n2 /v2 adalah besar) jarak antara molekul adalah lebih dekat. Lebih dekat jarak antara molekul, lebih besar interaksi antara molekul-molekul ini (berlanggar, menarik bersama). Oleh itu, n2 /v2 adalah berkadar terus dengan suatu pemalar (bandingkan dengan persamaan van der Waals). Semakin besar nilai n2 /v2, semakin besar tarikan antara molekul (a).
Sebaliknya, jika tekanan gas (P) kecil, maka isipadu gas (V) menjadi besar. Semakin ketara V, semakin kecil n2 /v2Semakin rendah n2 /v2, semakin rendah daya tarikan antara molekul.
(V – bn) = Perbezaan antara isipadu gas dan jumlah isipadu molekul gas. Pemalar b mewakili isipadu satu mol molekul gas. n = bilangan mol. Hasil darab masa antara b dan n (bn) = jumlah isipadu molekul gas. Jika tekanan gas (P) menjadi lebih ketara, maka isipadu gas (V) menjadi lebih kecil.
Semakin kecil V, semakin kecil (V – bn). Ini bermakna jarak antara molekul meningkat dan, sudah tentu, tarikan antara molekul meningkat. Sebaliknya, jika tekanan gas semakin kecil, isipadu gas semakin besar. Semakin ketara isipadu gas, semakin tinggi (V – bn). Semakin besar (V – bn), semakin kecil tarikan antara molekul gas.
Kita boleh katakan bahawa persamaan keadaan van der Waals menerangkan keadaan gas sebenar dengan lebih tepat berbanding persamaan gas ideal. Apabila tekanan dan ketumpatan gas cukup besar, persamaan van der Waals memberikan hasil yang lebih tepat. Jika tekanan gas tidak terlalu besar, maka (an 2 / V 2 ) dan (V-bn) boleh diabaikan, supaya persamaan keadaan Van der Waals berubah kepada persamaan keadaan gas ideal.
