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Equação de Estado de Van der Waals

1873
  • Johannes Diderik van der Waals
Laboratório do século XIX com a equação de Van der Waals e instrumentos científicos.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Uma equação de estado para um fluido que modifica o lei dos gases ideais para aproximar o comportamento de gases reais. Introduz dois parâmetros: 'a' para contabilizar as forças atrativas intermoleculares de longo alcance (forças de Van der Waals) e 'b' para o volume finito ocupada pelas moléculas de gás. A equação é [latex](P + frac{an^2}{V^2})(V – nb) = nRT[/latex].

A equação de estado de Van der Waals foi um desenvolvimento revolucionário na termodinâmica, fornecendo a primeira descrição realista de gases reais e sua condensação em líquidos. Ela parte da lei dos gases ideais, [latex]PV = nRT[/latex], e aplica duas correções cruciais. A primeira correção diz respeito ao volume. Em um gás ideal, as partículas são tratadas como pontos sem volume. A equação de Van der Waals subtrai um termo ℓnbℓ do volume do recipiente [latex]V[/latex], onde ℓbℓ é o volume excluído por um mol de partículas. Este termo, [latex](V ℓnb)[/latex], representa o volume livre real disponível para o movimento das moléculas.

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
Termodinâmica

Tipo

Modelo Matemático

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Lei dos Gases Ideais (Lei de Boyle, Lei de Charles, Lei de Avogadro)
  • Kinetic Theory of Gases developed by Clausius and Maxwell
  • Conceitos iniciais de forças intermoleculares e tamanho atômico finito

Aplicações

  • Modelagem de gases reais e seu desvio do comportamento ideal.
  • Previsão de transições de fase líquido-vapor e pontos críticos
  • thermodynamic property calculations in chemical engineering
  • modelo fundamental para equações de estado mais complexas

Patentes:

NA

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Relacionado a: equação de Van der Waals, gás real, equação de estado, forças intermoleculares, volume molecular, ponto crítico, termodinâmica, transição de fase, pressão, volume.

Contexto histórico

Equação 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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

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