Van der Waals, Hollandalı fizikçi J.D. van der Waals'ın (1837-1923) adıdır. Van der Waals hal denklemi, ideal gaz hal denklemine benzer bir gaz hal denklemidir. Aradaki fark şudur: Gerçek gazın basıncı ve yoğunluğu yeterince büyükse, ideal gaz hal denklemi doğru sonuçlar veremez. Oysa Van der Waals hal denklemi daha doğru sonuçlar üretebilir.
Bu denklemin varlığı, ideal hal denkleminin sınırlamalarını fark eden Van der Waals'tan kaynaklanmaktadır. Waals, gerçek gazın basıncı ve yoğunluğu yüksek olduğunda, gerçek gaz koşullarını da etkileyen çeşitli faktörler ekleyerek ideal gazın hal denklemini değiştirmiştir.
Gaz basıncı hacimle ters orantılıdır. Gaz basıncı artarsa, gaz hacmi azalır. Tersine, gaz hacmi azalırsa, gaz basıncı artar. Gaz hacmi azaldığında, gaz yoğunluğu artar (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. Sonuç olarak, gaz basıncı artarsa, gazın sıcaklığı ve yoğunluğu artar, gaz hacmi ise azalır.
Gaz hacmi azaldığında, moleküller arasındaki mesafe kısalır. Moleküller arasındaki mesafe kısaldığında, moleküller birbirini 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 daha da çekilir. Moleküller çarpışmak üzereyken, molekülün dışındaki elektronlar birbirini iter (elektriksel itme). Sonuç olarak, moleküller birbirine yapışamaz. Bu kısa açıklamadan, moleküller arasındaki çekme kuvvetinin gaz durumunu etkilediği söylenebilir.
Gaz basıncı yeterince yüksek olduğunda ve gaz hacmi küçüldüğünde, moleküller arasındaki mesafe kısalır. Moleküllerin de bir boyutu (atom çapı = 10⁻¹⁰ m) olduğundan , bu moleküllerin hacmini de dikkate almamız gerekir.
Van der Waals, moleküler hacmi ve moleküller arasında meydana gelen etkileşimleri dikkate alarak bir hal denklemini basitleştirir. Van der Waals tarafından türetilen denklem, ideal gaz hal denklemi PV = n R T'nin modifikasyonunun sonucudur. Van der Waals Hal Denklemi:
P = gaz basıncı (N / m 2 = Pa)
V = gaz hacmi ( m³ )
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 deneyler yoluyla elde edilir. a ve b sabitlerinin değerleri gazın türüne bağlıdır.
n2 /v2 = mol sayısının (n) gaz hacminin (V) karesine oranı. n değeri2 /v2 Gazın basıncına ve yoğunluğuna bağlıdır. Gaz basıncı (P) yüksekse, gazın hacmi (V) küçüktür. V ne kadar küçükse, n o kadar büyük olur.2 /v2Gaz hacmi küçük olduğunda (n2 /v2 (n büyükse) moleküller arasındaki mesafe daha yakındır. Moleküller arasındaki mesafe ne kadar yakınsa, bu moleküller arasındaki etkileşimler (çarpışma, çekme) o kadar büyük olur. Bu nedenle, n2 /v2 Bir sabite doğrudan orantılıdır (van der Waals denklemiyle karşılaştırın). n değeri ne kadar büyükse...2 /v2Moleküller arasındaki çekim ne kadar büyükse (a).
Tersine, gaz basıncı (P) düşükse, gaz hacmi (V) büyük olur. V ne kadar büyükse, n o kadar küçük olur.2 /v2n değeri ne kadar düşükse...2 /v2Moleküller arasındaki çekim kuvveti ne kadar düşükse, o kadar az olur.
(V – bn) = Gaz hacmi ile toplam gaz molekülü hacmi arasındaki fark. b sabiti, bir mol gaz molekülünün hacmini temsil eder. n = mol sayısı. b ve n arasındaki zamanın çarpımı (bn) = toplam gaz molekülü hacmi. Gaz basıncı (P) arttıkça, gaz hacmi (V) azalır.
V değeri ne kadar küçükse, (V – bn) de o kadar küçük olur. Bu, moleküller arasındaki mesafenin ve dolayısıyla moleküller arasındaki çekimin arttığı anlamına gelir. Tersine, gaz basıncı azalırsa, gaz hacmi artar. Gaz hacmi ne kadar büyükse, (V – bn) de o kadar yüksek olur. (V – bn) ne kadar büyükse, gaz molekülleri arasındaki çekim o kadar azalır.
Van der Waals durum denkleminin, ideal gaz denklemine göre gerçek gaz durumunu daha doğru bir şekilde tanımladığını söyleyebiliriz. Basınç ve gaz yoğunluğu yeterince büyük olduğunda, van der Waals denklemi daha doğru sonuçlar verir. Gaz basıncı çok büyük değilse, (an 2 / V 2 ) ve (V-bn) ihmal edilebilir, böylece van der Waals durum denklemi ideal gaz durum denklemine dönüşür.
