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Ecuación de estado de Van der Waals

1873
  • Johannes Diderik van der Waals
Laboratorio del siglo XIX con la ecuación de Van der Waals e instrumentos científicos.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Una ecuación de estado para un fluido que modifica la ley de los gases ideales para aproximar el comportamiento de los gases reales. Introduce dos parámetros: ‘a’ para tener en cuenta las fuerzas de atracción intermoleculares de largo alcance (fuerzas de Van der Waals) y ‘b’ para las fuerzas de volumen finito ocupado por las moléculas de gas. La ecuación es [latex](P + \frac{an^2}{V^2})(V - nb) = nRT[/latex].

La ecuación de estado de Van der Waals fue un avance pionero en termodinámica, ya que proporcionó la primera descripción realista de los gases reales y su condensación en líquidos. Comienza con el ideal ley del gas, [latex]PV = nRT[/latex], and applies two crucial corrections. The first correction addresses the volume. In an ideal gas, particles are treated as points with no volume. The Van der Waals equation subtracts a term ‘nb’ from the container volume [latex]V[/latex], where ‘b’ is the volume excluded by a mole of particles. This term, [latex](V – nb)[/latex], represents the actual free volume available for the molecules to move in.

La segunda corrección, más importante, tiene en cuenta las fuerzas de atracción intermoleculares. Estas fuerzas reducen la presión ejercida por el gas sobre las paredes del recipiente porque las moléculas cercanas a la pared son atraídas hacia el interior por sus vecinas. Esta reducción de la presión es proporcional al cuadrado de la densidad de partículas ([latex]n/V[/latex]), lo que da lugar al término de corrección [latex]a(n/V)^2[/latex] que se añade a la presión medida [latex]P[/latex]. El parámetro ‘a’ es una medida de la atracción media entre partículas. Al incorporar estos dos parámetros, la ecuación puede modelizar con éxito la transición de fase líquido-gas y predecir la existencia de un punto crítico, por encima del cual no existen fases líquida y gaseosa diferenciadas. Por este trabajo, van der Waals recibió el Premio Nobel de Física en 1910.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Termodinámica

Tipo

Modelo matemático

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Ley de los gases ideales (Boyle’s Law, Charles’s Law, Avogadro’s Law)
  • Teoría cinética de los gases desarrollada por Clausius y Maxwell
  • Conceptos tempranos de fuerzas intermoleculares y tamaño atómico finito

Aplicaciones

  • Modelado de gases reales y su desviación del comportamiento ideal
  • Predicción de transiciones de fase líquido-vapor y puntos críticos
  • termodinámica Cálculos de propiedades en ingeniería química
  • modelo fundamental para ecuaciones de estado más complejas

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Desarrollo de ecuaciones de estado avanzadas para procesos industriales de alta presión
  • Predicción del comportamiento de fases impulsada por IA para nuevas mezclas químicas
  • Sistemas de detección de fugas de gas en tiempo real calibrados con modelos de gas no ideal
  • Simuladores de atmósferas planetarias que incorporan efectos de gases reales
  • Optimización de procesos de extracción con fluidos supercríticos
  • Diseño de ciclos de refrigeración de alta eficiencia utilizando fluidos no ideales
  • Software para modelar la formación de hidratos de gas en aguas profundas
  • Herramientas educativas para visualizar desviaciones del comportamiento del gas ideal.
  • Algoritmos para corregir las lecturas de los medidores de caudal en tuberías industriales
  • modelos predictivos de formación y dispersión de aerosoles
Relacionado con: Ecuación de Van der Waals, gas real, ecuación de estado, fuerzas intermoleculares, volumen molecular, punto crítico, termodinámica, transición de fase, presión, volumen.

Contexto histórico

Ecuación de estado de Van der Waals

1865
1868
1870
1873
1877
1880
1882-01-01
1861
1865
1869
1871
1876
1877
1880
1882-01-01

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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