แวน เดอร์ วาลส์ คือชื่อของนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ เจ.ดี. แวน เดอร์ วาลส์ (ค.ศ. 1837-1923) สมการสถานะของแวน เดอร์ วาลส์ เป็นสมการสถานะของก๊าซ คล้ายกับสมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ ความแตกต่างคือ สมการสถานะของก๊าซในอุดมคติไม่สามารถให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำได้หากความดันและความหนาแน่นของก๊าซจริงมีค่ามากพอ ในขณะที่สมการสถานะของแวน เดอร์ วาลส์ สามารถให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำกว่าได้
สมการนี้มีที่มาจากแวน เดอร์ วาลส์ ผู้ตระหนักถึงข้อจำกัดของสมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ วาลส์จึงปรับปรุงสมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ โดยเพิ่มปัจจัยหลายอย่างที่ส่งผลต่อสภาวะของก๊าซจริง เมื่อความดันและความหนาแน่นของก๊าซจริงมีค่ามาก
ความดันของแก๊สแปรผกผันกับปริมาตร ถ้าความดันของแก๊สเพิ่มขึ้น ปริมาตรของแก๊สจะลดลง ในทางกลับกัน ถ้าปริมาตรของแก๊สลดลง ความดันของแก๊สจะเพิ่มขึ้น เมื่อปริมาตรของแก๊สลดลง ความหนาแน่นของแก๊สจะเพิ่มขึ้น (ความหนาแน่น = มวล / ปริมาตร) กล่าวได้ว่าความดันแปรผันตรงกับความหนาแน่น ถ้าความดันของแก๊สมาก ความหนาแน่นของแก๊สก็จะมาก ในทางกลับกัน ถ้าความดันของแก๊สน้อย ความหนาแน่นของแก๊สก็จะน้อย ความดันของแก๊สยังแปรผันตรงกับอุณหภูมิด้วย ถ้าความดันของแก๊สเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของแก๊สก็จะเพิ่มขึ้น สรุปได้ว่า ถ้าความดันของแก๊สเพิ่มขึ้น อุณหภูมิและความหนาแน่นของแก๊สจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ปริมาตรของแก๊สจะลดลง
เมื่อปริมาตรของแก๊สลดลง ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะแคบลง เมื่อระยะห่างระหว่างโมเลกุลแคบลง โมเลกุลก็จะดึงดูดซึ่งกันและกัน เปรียบเสมือนการนำชิ้นเหล็กมาใกล้แม่เหล็ก หากระยะห่างระหว่างแม่เหล็กกับเหล็กมากพอ แม่เหล็กก็จะไม่สามารถดึงเหล็กได้ แต่หากระยะห่างระหว่างแม่เหล็กกับเหล็กใกล้กัน เหล็กก็จะถูกดึงเข้าหาแม่เหล็ก เมื่อโมเลกุลใกล้จะชนกัน อิเล็กตรอนที่อยู่ด้านนอกของโมเลกุลจะผลักกัน (แรงผลักทางไฟฟ้า) ส่งผลให้โมเลกุลไม่สามารถเกาะติดกันได้ จากคำอธิบายโดยย่อนี้ สามารถกล่าวได้ว่าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมีผลต่อสภาวะของแก๊ส
เมื่อความดันของแก๊สสูงมากพอ และปริมาตรของแก๊สลดลง ระยะห่างระหว่างโมเลกุลก็จะแคบลง เนื่องจากโมเลกุลก็มีขนาดด้วย (เส้นผ่านศูนย์กลางอะตอม = 10 -10เมตร) ดังนั้นเราจึงต้องพิจารณาปริมาตรของโมเลกุลเหล่านั้นด้วย
แวนเดอร์วาลส์ลดทอนสมการสถานะโดยพิจารณาปริมาตรโมเลกุลและปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุล สมการที่แวนเดอร์วาลส์ได้มานั้นเป็นผลมาจากการปรับเปลี่ยนสมการสถานะของก๊าซอุดมคติ PV = n R T สมการสถานะของแวนเดอร์วาลส์:
P = ความดันของแก๊ส (N / m² = Pa)
V = ปริมาตรของแก๊ส ( ลบ.ม. )
R = ค่าคงที่ของแก๊สสากล (R = 8.315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
T = อุณหภูมิ (เคลวิน)
a = ค่าคงที่เชิงประจักษ์ (ค่าขึ้นอยู่กับแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของแก๊ส)
b = ค่าคงที่เชิงประจักษ์ (ซึ่งแสดงถึงปริมาตรของโมเลกุลก๊าซหนึ่งโมล)
n = จำนวนโมล (mol)
bn = ปริมาตรทั้งหมดของโมเลกุลแก๊ส
ค่าคงที่ a และ b ได้มาจากการทดลอง โดยค่าคงที่ a และ b จะขึ้นอยู่กับชนิดของแก๊ส
n2 / วี2 = อัตราส่วนกำลังสองของจำนวนโมล (n) กับกำลังสองของปริมาตรของแก๊ส (V) ค่าของ n2 / วี2 ขึ้นอยู่กับความดันและความหนาแน่นของแก๊ส ถ้าความดันของแก๊ส (P) มาก ปริมาตรของแก๊ส (V) ก็จะน้อยลง ยิ่ง V น้อยเท่าไร n ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น2 / วี2เมื่อปริมาตรของแก๊สมีขนาดเล็ก (n)2 / วี2 ยิ่ง n มีขนาดใหญ่ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลก็จะยิ่งใกล้มากขึ้น ยิ่งระยะห่างระหว่างโมเลกุลใกล้มากเท่าไร ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเหล่านั้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น (การชนกัน การดึงดูดกัน) ดังนั้น n2 / วี2 เป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าคงที่ (เปรียบเทียบกับสมการของแวนเดอร์วาลส์) ยิ่งค่า n มากเท่าไร...2 / วี2ยิ่งแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมีมากขึ้น (ก)
ในทางกลับกัน หากความดันของแก๊ส (P) มีค่าน้อย ปริมาตรของแก๊ส (V) ก็จะมีค่ามากขึ้น ยิ่ง V มีค่ามากเท่าไร n ก็ยิ่งมีค่าน้อยลงเท่านั้น2 / วี2ยิ่งค่า n ต่ำลงเท่าไหร่ ก็ยิ่งดีเท่านั้น2 / วี2ยิ่งค่า แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลต่ำลงเท่าใด
(V – bn) = ผลต่างระหว่างปริมาตรของแก๊สกับปริมาตรทั้งหมดของโมเลกุลแก๊ส ค่าคงที่ b แทนปริมาตรของโมเลกุลแก๊ส 1 โมล n = จำนวนโมล ผลคูณของเวลาKระหว่าง b กับ n (bn) = ปริมาตรทั้งหมดของโมเลกุลแก๊ส ถ้าความดันของแก๊ส (P) เพิ่มขึ้น ปริมาตรของแก๊ส (V) จะลดลง
ยิ่งค่า V น้อยลง ค่า (V – bn) ก็ยิ่งน้อยลง นั่นหมายความว่าระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น และแน่นอนว่าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ในทางกลับกัน ถ้าความดันของแก๊สลดลง ปริมาตรของแก๊สก็จะเพิ่มขึ้น ยิ่งปริมาตรของแก๊สมากเท่าไหร่ ค่า (V – bn) ก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และยิ่งค่า (V – bn) มากเท่าไหร่ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของแก๊สก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น
เราอาจกล่าวได้ว่าสมการสถานะของแวนเดอร์วาลส์อธิบายสถานะของก๊าซจริงได้แม่นยำกว่าสมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ เมื่อความดันและความหนาแน่นของก๊าซมีค่ามากพอ สมการของแวนเดอร์วาลส์จะให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำกว่า หากความดันของก๊าซไม่มากเกินไป (an 2 / V 2 ) และ (V-bn) สามารถละเลยได้ ดังนั้นสมการสถานะของแวนเดอร์วาลส์จึงเปลี่ยนไปเป็นสมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ
