Van der Walls je meno holandského fyzika J. D. van der Waalsa (1837 – 1923). Van der Waalsova stavová rovnica je stavová rovnica plynu, podobná stavovej rovnici ideálneho plynu. Rozdiel je v tom, že stavová rovnica ideálneho plynu nemôže poskytnúť presné výsledky, ak sú tlak a hustota reálneho plynu dostatočne veľké, zatiaľ čo Van der Waalsova stavová rovnica môže poskytnúť presnejšie výsledky.
Existencia tejto rovnice pochádza od Van der Waalsa, ktorý si uvedomil obmedzenia rovnice ideálneho stavu. Waals upravil stavovú rovnicu ideálneho plynu pridaním niekoľkých faktorov, ktoré ovplyvňujú aj reálny stav plynu, keď sú tlak a hustota reálneho plynu veľké.
Tlak plynu je nepriamo úmerný objemu. Ak sa tlak plynu zvyšuje, objem plynu sa znižuje. Naopak, ak sa objem plynu znižuje, tlak plynu sa zvyšuje. Keď sa objem plynu znižuje, hustota plynu sa zvyšuje (hustota = hmotnosť / objem). Dá sa povedať, že tlak je priamo úmerný hustote. Ak je tlak plynu veľký, hustota plynu je tiež veľká. Naopak, ak je tlak plynu malý, hustota plynu je tiež malá. Tlak plynu je tiež priamo úmerný teplote. Ak sa tlak plynu zvyšuje, teplota plynu sa zvyšuje. Môžeme konštatovať, že ak sa tlak plynu zvyšuje, teplota a hustota plynu sa znižujú, zatiaľ čo objem plynu sa znižuje.
Keď sa objem plynu zmenšuje, vzdialenosť medzi molekulami sa zmenšuje. Keď sa vzdialenosť medzi molekulami zmenšuje, molekuly sa navzájom priťahujú. Je to ako keď sa kus železa priblíži k magnetu. Ak je vzdialenosť medzi magnetom a železom dostatočne veľká, magnet nemôže železo pritiahnuť. Ak je však vzdialenosť medzi magnetom a železom malá, železo sa pritiahne bližšie. Keď sa molekuly chystajú zraziť, elektróny na vonkajšej strane molekuly sa navzájom odpudzujú (elektrické odpudzovanie). V dôsledku toho sa molekuly nemôžu zlepiť. Z tohto stručného opisu možno povedať, že gravitačná sila medzi molekulami ovplyvňuje stav plynu.
Keď je tlak plynu dostatočne veľký a objem plynu sa zmenší, vzdialenosť medzi molekulami sa zmenší. Keďže molekuly majú tiež veľkosť (atómový priemer = 10⁻⁶ m ), musíme zvážiť aj objem týchto molekúl.
Van der Waalsova redukcia stavovej rovnice berie do úvahy molekulárny objem a interakcie, ktoré prebiehajú medzi molekulami. Rovnica odvodená Van der Waalsom je výsledkom modifikácie stavovej rovnice ideálneho plynu PV = n R T. Van der Waalsova stavová rovnica:
P = tlak plynu (N/m² = Pa)
V = objem plynu ( m³ )
R = univerzálna plynová konštanta (R = 8.315 J / mol.K = 8315 kJ / kmol.K)
T = teplota (K)
a = empirická konštanta (hodnota závisí od príťažlivej sily medzi molekulami plynu)
b = empirická konštanta (predstavujúca objem jedného mólu molekúl plynu)
n = Počet mólov (mol)
bn = celkový objem molekúl plynu
Konštanty a a b sa získavajú experimentálne. Konštantné hodnoty a a b závisia od typu plynu.
n2 /V2 = kvadratický pomer počtu molov (n) k druhej mocnine objemu plynu (V). Hodnota n2 /V2 závisí od tlaku a hustoty plynu. Ak je tlak plynu (P) veľký, potom je objem plynu (V) malý. Čím menšie je V, tým väčšie je n2 /V2Keď je objem plynu malý (n2 /V2 je veľká), vzdialenosť medzi molekulami je kratšia. Čím je vzdialenosť medzi molekulami kratšia, tým väčšie sú interakcie medzi týmito molekulami (zrážky, priťahovanie sa). Preto n2 /V2 je priamo úmerná konštante (porovnaj s van der Waalsovou rovnicou). Čím väčšia je hodnota n2 /V2, tým väčšia je príťažlivosť medzi molekulami (a).
Naopak, ak je tlak plynu (P) malý, objem plynu (V) sa zväčší. Čím výraznejšie je V, tým menšie n2 /V2Čím nižšie je n2 /V2, tým nižšia je príťažlivá sila medzi molekulami.
(V – bn) = Rozdiel medzi objemom plynu a celkovým objemom molekúl plynu. Konštanta b predstavuje objem jedného mólu molekúl plynu. n = počet mólov. Súčin času medzi b a n (bn) = celkový objem molekúl plynu. Ak sa tlak plynu (P) výrazne zvýši, objem plynu (V) sa zmenší.
Čím menšie V, tým menšie (V – bn). To znamená, že vzdialenosť medzi molekulami sa zväčšuje a samozrejme sa zvyšuje aj príťažlivosť medzi molekulami. Naopak, ak sa tlak plynu zmenší, objem plynu sa zväčší. Čím väčší je objem plynu, tým vyššie je (V – bn). Čím väčšie je (V – bn), tým menšia je príťažlivosť medzi molekulami plynu.
Môžeme povedať, že rovnica van der Waalsovho stavu popisuje skutočný stav plynu presnejšie ako rovnica ideálneho plynu. Keď sú tlak a hustota plynu dostatočne veľké, van der Waalsova rovnica poskytuje presnejšie výsledky. Ak tlak plynu nie je príliš veľký, potom (an² / V² ) a (V-bn) možno ignorovať, takže Van der Waalsova stavová rovnica sa zmení na rovnicu ideálneho stavu plynu.
