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Equazione di stato di Van der Waals

1873
  • Johannes Diderik van der Waals
Laboratorio del XIX secolo con equazione di Van der Waals e strumenti scientifici.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Un'equazione di stato per un fluido che modifica l'effetto del legge dei gas ideali per approssimare il comportamento dei gas reali. Introduce due parametri: ‘a’ per tenere conto delle forze attrattive intermolecolari a lungo raggio (forze di Van der Waals) e ‘b’ per la volume finito occupato dalle molecole di gas. L'equazione è [latex](P + \frac{an^2}{V^2})(V - nb) = nRT[/latex].

L'equazione di stato di Van der Waals ha rappresentato uno sviluppo rivoluzionario nella termodinamica, fornendo la prima descrizione realistica dei gas reali e della loro condensazione in liquidi. Parte dalla legge dei gas ideali, [latex]PV = nRT[/latex], e applica due correzioni cruciali. La prima correzione riguarda il volume. In un gas ideale, le particelle sono trattate come punti privi di volume. L'equazione di Van der Waals sottrae un termine ‘nb’ dal volume del contenitore [latex]V[/latex], dove ‘b’ è il volume escluso da una mole di particelle. Questo termine, [latex](V - nb)[/latex], rappresenta il volume libero effettivo in cui le molecole possono muoversi.

The second, more significant correction accounts for intermolecular attractive forces. These forces reduce the pressure exerted by the gas on the container walls because molecules near the wall are pulled inwards by their neighbors. This reduction in pressure is proportional to the square of the particle density ([latex]n/V[/latex]), leading to the correction term [latex]a(n/V)^2[/latex] which is added to the measured pressure [latex]P[/latex]. The parameter ‘a’ is a measure of the average attraction between particles. By incorporating these two parameters, the equation can successfully model the liquid-gas phase transition and predict the existence of a critical point, above which no distinct liquid and gas phases exist. It was for this work that van der Waals received the Nobel Prize in Physics in 1910.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Termodinamica

Tipo

Modello matematico

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Legge dei gas ideali (legge di Boyle, legge di Charles, legge di Avogadro)
  • Teoria cinetica dei gas sviluppata da Clausius e Maxwell
  • Primi concetti di forze intermolecolari e dimensioni atomiche finite

Applicazioni

  • modellazione dei gas reali e loro deviazione dal comportamento ideale
  • previsione delle transizioni di fase liquido-vapore e dei punti critici
  • calcoli delle proprietà termodinamiche nell'ingegneria chimica
  • modello fondamentale per equazioni di stato più complesse

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Contesto storico

Equazione di stato di Van der Waals

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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