Van der Walls je ime nizozemskega fizika JD van der Waalsa (1837–1923). Van der Waalsova enačba stanja je enačba stanja plina, podobna enačbi stanja idealnega plina. Razlika je v tem, da enačba stanja idealnega plina ne more dati natančnih rezultatov, če sta tlak in gostota realnega plina dovolj velika, medtem ko lahko Van der Waalsova enačba stanja da natančnejše rezultate.
Obstoj te enačbe izvira iz Van der Waalsa, ki je spoznal omejitve enačbe idealnega stanja. Waals je spremenil enačbo stanja idealnega plina z dodajanjem več dejavnikov, ki vplivajo tudi na stanje realnega plina, ko sta tlak in gostota realnega plina velika.
Tlak plina je obratno sorazmeren z volumnom. Če se tlak plina poveča, se volumen plina zmanjša. Nasprotno, če se volumen plina zmanjša, se tlak plina poveča. Ko se volumen plina zmanjša, se gostota plina poveča (gostota = masa / volumen). Lahko rečemo, da je tlak neposredno sorazmeren z gostoto. Če je tlak plina velik, je velika tudi gostota plina. Nasprotno, če je tlak plina majhen, je majhna tudi gostota plina. Tlak plina je prav tako neposredno sorazmeren s temperaturo. Če se tlak plina poveča, se temperatura plina poveča. Sklepamo lahko, da se s povečanjem tlaka plina povečata temperatura in gostota plina, medtem ko se volumen plina zmanjša.
Ko se volumen plina zmanjša, se razdalja med molekulami zmanjša. Ko se razdalja med molekulami zmanjša, se molekule privlačijo. Podobno je, kot če bi kos železa približali magnetu. Če je razdalja med magnetom in železom dovolj velika, magnet ne more pritegniti železa. Če pa je razdalja med magnetom in železom majhna, se železo pritegne bližje. Ko so molekule tik pred trkom, se elektroni na zunanji strani molekule odbijajo (električno odbijanje). Posledično se molekule ne morejo držati skupaj. Iz tega kratkega opisa lahko sklepamo, da vlečna sila med molekulami vpliva na stanje plina.
Ko je tlak plina dovolj velik in se prostornina plina zmanjša, se razdalja med molekulami zmanjša. Ker imajo tudi molekule velikost (atomski premer = 10⁻⁶ m ), moramo upoštevati tudi prostornino teh molekul.
Van der Waalsova enačba stanja zmanjša enačbo stanja ob upoštevanju molekulskega volumna in interakcij med molekulami. Enačba, ki jo je izpeljal Van der Waals, je rezultat modifikacije enačbe stanja idealnega plina PV = n R T. Van der Waalsova enačba stanja:
P = tlak plina (N/m² = Pa)
V = prostornina plina ( m³ )
R = univerzalna plinska konstanta (R = 8.315 J / mol. K = 8315 kJ / kmol. K)
T = temperatura (K)
a = empirična konstanta (vrednost je odvisna od sile privlačnosti med molekulami plina)
b = empirična konstanta (ki predstavlja volumen enega mola molekul plina)
n = število molov (mol)
bn = skupni volumen molekul plina
Konstanti a in b dobimo s poskusi. Konstantni vrednosti a in b sta odvisni od vrste plina.
n2 /V2 = kvadratno razmerje med številom molov (n) in kvadratom prostornine plina (V). Vrednost n2 /V2 odvisno od tlaka in gostote plina. Če je tlak plina (P) velik, je prostornina plina (V) majhna. Manjši kot je V, večji je n2 /V2Ko je prostornina plina majhna (n2 /V2 (velik) je razdalja med molekulami manjša. Manjša kot je razdalja med molekulami, večje so interakcije med temi molekulami (trki, vlečenje). Zato je n2 /V2 je neposredno sorazmerna s konstanto (primerjaj z van der Waalsovo enačbo). Večja kot je vrednost n2 /V2, večja je privlačnost med molekulami (a).
Nasprotno, če je tlak plina (P) majhen, se volumen plina (V) poveča. Bolj izrazit kot je V, manjši je n.2 /V2Nižji kot je n2 /V2, manjša je privlačna sila med molekulami.
(V – bn) = Razlika med volumnom plina in skupnim volumnom molekul plina. Konstanta b predstavlja volumen enega mola molekul plina. n = število molov. Produkt časa med b in n (bn) = skupni volumen molekul plina. Če se tlak plina (P) poveča, se volumen plina (V) zmanjša.
Manjši kot je V, manjši je (V – bn). To pomeni, da se razdalja med molekulami povečuje in seveda se povečuje privlačnost med molekulami. Nasprotno, če se tlak plina zmanjša, se prostornina plina poveča. Večja kot je prostornina plina, večji je (V – bn). Večji kot je (V – bn), manjša je privlačnost med molekulami plina.
Lahko rečemo, da enačba van der Waalsovega stanja natančneje opisuje realno plinsko stanje kot enačba idealnega plina. Ko sta tlak in gostota plina dovolj velika, van der Waalsova enačba daje natančnejše rezultate. Če tlak plina ni prevelik, lahko (an² / V² ) in (V-bn) zanemarimo, tako da se Van der Waalsova enačba stanja spremeni v enačbo idealnega plinskega stanja.
