范德华状态方程

范德瓦尔斯（Van der Walls）是一位荷兰物理学家，J.D. 范德瓦尔斯（1837-1923）的名字。范德瓦尔斯状态方程是气体的状态方程，类似于理想气体的状态方程。区别在于，如果实际气体的压力和密度足够大，理想气体的状态方程就无法提供精确的结果，而范德瓦尔斯状态方程则可以产生更精确的结果。

这个方程的出现源于范德瓦尔斯，他意识到了理想气体状态方程的局限性。范德瓦尔斯修正了理想气体状态方程，添加了几个因素，这些因素在实际气体的压力和密度较大时也会影响实际气体的状态。

气体压力与体积成反比。如果气体压力增大，气体体积减小；反之，如果气体体积减小，气体压力增大。当气体体积减小时，气体密度增大（密度=质量/体积）。可以说，压力与密度成正比。如果气体压力大，气体密度也大；反之，如果气体压力小，气体密度也小。气体压力也与温度成正比。如果气体压力增大，气体温度升高。由此可见，气体压力增大时，气体的温度和密度均增大，而气体体积减小。

当气体体积减小时，分子间的距离会缩短。分子间距离缩短后，分子之间就会相互吸引。这就像一块铁靠近磁铁一样。如果磁铁和铁之间的距离足够远，磁铁就无法吸引铁。但如果距离很近，铁就会被磁铁吸引。当分子即将碰撞时，分子外侧的电子会相互排斥（电斥力）。因此，分子无法聚集在一起。由此可见，分子间的吸引力会影响气体的状态。

当气体压力足够大，气体体积变小时，分子间的距离会缩短。由于分子也具有一定的尺寸（原子直径约为10⁻¹⁰^米），因此我们还需要考虑这些分子的体积。

范德华力简化了状态方程，考虑了分子体积和分子间相互作用。范德华力方程是对理想气体状态方程 PV = nRT 的修正。范德华状态方程：

P = 气体压力（N/m² ⁼ Pa）

V = 气体体积（^m³）

R = 通用气体常数（R = 8.315 J / mol. K = 8315 kJ / kmol. K）

T = 温度（K）

a = 经验常数（该值取决于气体分子间的吸引力）

b = 经验常数（代表一摩尔气体分子的体积）

n = 物质的量（mol）

bn = 气体分子总体积

常数a和b是通过实验获得的。常数a和b的值取决于气体的种类。

n² / V² = 物质的量 (n) 与气体体积 (V) 平方的平方比。n 的值² / V² 取决于气体的压力和密度。如果气体压力 (P) 较大，则气体体积 (V) 较小。V 越小，n 值越大。² / V²当气体体积较小时（n² / V² （如果 n 很大），分子间的距离就更近。分子间的距离越近，这些分子之间的相互作用（碰撞、相互吸引）就越大。因此，n² / V² 与某个常数成正比（与范德瓦尔斯方程比较）。n 值越大，² / V²分子间的吸引力越大（a）。
反之，如果气体压力 (P) 较小，则气体体积 (V) 会增大。V 越大，n 值越小。² / V²n值越低² / V²分子间的吸引力越小。

(V – bn) = 气体体积与气体分子总体积之差。常数 b 代表一摩尔气体分子的体积。n = 摩尔数。b 与 n 之间的时间乘积 (bn) = 气体分子的总体积。如果气体压力 (P) 增大，则气体体积 (V) 减小。

V 越小，(V – bn) 值也越小。这意味着分子间的距离增大，分子间的吸引力自然也增大。反之，如果气体压力减小，气体体积增大。气体体积越大，(V – bn) 值越大。(V – bn) 值越大，气体分子间的吸引力越小。

我们可以说，范德瓦尔斯状态方程比理想气体方程更能准确地描述真实气体状态。当压力和气体密度足够大时，范德瓦尔斯方程能给出更精确的结果。如果气体压力不太大，则(an² ^/ V² ⁾和(V-bn)可以忽略不计，此时范德瓦尔斯状态方程就退化为理想气体状态方程。