Van der Waals, Hollandalı fizikçi J.D. van der Waals'ın (1837-1923) adıdır. Van der Waals hal denklemi aslında bir gazın hal denklemidir, şuna benzer: ideal gaz hal denklemiAradaki fark şudur ki, gerçek gazın basıncı ve yoğunluğu yeterince büyükse ideal gaz denklemi doğru sonuçlar veremez. Öte yandan, van der Waals hal denklemi daha doğru sonuçlar verebilir.
Bu denklem, ideal gaz hal denkleminin sınırlamalarını fark eden Van der Waals'tan kaynaklanmıştır. Waals, gerçek gazın basıncı ve yoğunluğu yeterince yüksek olduğunda gazın durumunu etkileyen çeşitli faktörler ekleyerek ideal gaz hal denklemini değiştirmiştir.
Gaz basıncı arttıkça, gazın sıcaklığı ve yoğunluğu da artar, hacmi ise azalır.
Gaz basıncı hacimle ters orantılıdır. Gaz basıncı artarsa, hacim azalır. Tersine, gaz hacmi azalırsa, gaz basıncı artar. Gaz hacmi azaldığında, gaz yoğunluğu artar (yoğunluk = yoğunluk = kütle / hacim). Basıncın yoğunlukla doğru orantılı olduğu söylenebilir. Gaz basıncı yüksekse, gaz yoğunluğu da yüksektir. Tersine, gaz basıncı düşükse, gaz yoğunluğu da düşüktür. Gaz basıncı ayrıca sıcaklıkla da doğru orantılıdır. Gaz basıncı artarsa, gaz sıcaklığı da artar. Gaz basıncı artarsa, gaz sıcaklığı ve yoğunluğu artarken, gaz hacminin azaldığı sonucuna varabiliriz.
Bir gazın hacmi azaldığında, moleküller arasındaki mesafe kısalır. Moleküller arasındaki mesafe kısaldıkça, moleküller birbirlerini çeker. Bu, bir demir parçasının mıknatısa yaklaştırılmasına benzer. Mıknatıs ile demir arasındaki mesafe yeterince uzaksa, mıknatıs demiri çekemez. Ancak mıknatıs ile demir arasındaki mesafe yakınsa, demir hemen kendine doğru çekilir. Moleküller çarpışmak üzereyken, moleküllerin dışındaki elektronlar birbirlerini iter (elektriksel itme). Sonuç olarak, moleküller birbirine yapışamaz. Bu kısa açıklamadan, moleküller arasındaki çekim kuvvetinin gazın durumunu da etkilediği söylenebilir.
Gaz basıncı yeterince yüksek ve gaz hacmi küçüldüğünde, moleküller arasındaki mesafe kısalır. Bu durumda, moleküller gazın neredeyse tüm hacmini doldurur. Çünkü moleküllerin de bir boyutu vardır (atom çapı = 10 nm).-10 m) O halde bu moleküllerin hacmini de hesaba katmamız gerekiyor.
Durum denklemi
Van der Waals, moleküllerin hacmini ve moleküller arasında meydana gelen etkileşimleri dikkate alarak bir hal denklemi türetmiştir. Van der Waals tarafından türetilen denklem, ideal gaz hal denklemi PV = nRT'nin bir modifikasyonudur.
Bilgi:
P = Gaz basıncı (N/m)2 = Pa)
V = Gaz hacmi (m³)3)
R = Evrensel gaz sabiti (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
T = Sıcaklık (K)
a = Deneysel sabit (değeri gaz molekülleri arasındaki çekim kuvvetine bağlıdır)
b = deneysel sabit (bir mol gaz molekülünün hacmini temsil eder)
n = Mol sayısı (mol)
bn = Gaz moleküllerinin toplam hacmi
a ve b sabitleri deneysel olarak elde edilir. a ve b sabitlerinin değerleri gazın türüne bağlıdır.
n2 /v2 = mol sayısının (n) karesinin, gazın hacminin (V) karesine oranı. n değeri2 /v2 Gazın basıncına ve yoğunluğuna bağlıdır. Gaz basıncı (P) büyükse, gaz hacmi (V) küçüktür. V ne kadar küçükse, n o kadar büyük olur.2 /V2 Gaz hacmi küçük olduğunda (n2 /v2 (Büyük) olduğunda moleküller arasındaki mesafe azalır. Moleküller arasındaki mesafe ne kadar az olursa, moleküller arasında etkileşim (çarpışma, birbirini çekme) olasılığı da o kadar artar. Bu nedenle n2 /v2 n değeri, a sabitine doğrudan orantılıdır (van der Waals denkleminin sol tarafıyla karşılaştırın). n değeri ne kadar büyükse...2 /v2Moleküller arasındaki çekim kuvveti ne kadar büyükse (a), o kadar büyük olur. Tersine, gaz basıncı (P) küçükse, gaz hacmi (V) büyük olur. V ne kadar büyükse, n o kadar küçük olur.2 /v2 n ne kadar küçükse o kadar iyidir.2 /v2 Böylece moleküller arasındaki çekim kuvveti de azalır.
(V – bn) = Gaz hacmi ile toplam gaz molekülü hacmi arasındaki fark. b sabiti, bir mol gaz molekülünün hacmini belirtir. n = mol sayısı. b ve n'nin çarpımı (bn) = toplam gaz molekülü hacmi. Gaz basıncı (P) ne kadar yüksekse, gaz hacmi (V) o kadar küçüktür.
V ne kadar küçükse, (V – bn) de o kadar küçüktür. Bu, moleküller arasındaki mesafenin daha yakın olduğu ve dolayısıyla moleküller arasındaki çekim kuvvetinin daha büyük olduğu anlamına gelir. Tersine, gaz basıncı daha düşükse, gaz hacmi daha büyüktür. Gaz hacmi ne kadar büyükse, (V – bn) de o kadar büyüktür. (V – bn) ne kadar büyükse, gaz molekülleri arasındaki çekim kuvveti o kadar küçüktür.
Van der Waals hal denkleminin, ideal gaz denklemine göre gerçek bir gazın halini daha doğru bir şekilde tanımladığını söyleyebiliriz. Gaz basıncı ve yoğunluğu yeterince büyük olduğunda, van der Waals denklemi daha doğru sonuçlar verir. Gaz basıncı çok büyük değilse, o zaman (bir2 /v2) ve (V-bn) göz ardı edilebildiğinden, Van der Waals hal denklemi ideal gaz hal denklemine dönüşür.
