Van der Waals denklemi
Kısa tanım
Moleküller arası çekim kuvvetlerini ve moleküllerin kendi hacmini hesaba katarak ideal gaz yasasını gerçek gazlara uyarlayan hal denklemidir.
Diğer adları: Gerçek gaz denklemi, Van der Waals hal denklemi
İdeal gaz yasası (PV = nRT) düşük basınç ve yüksek sıcaklıkta oldukça iyi sonuç verir. Ancak gaz sıkıştırıldığında ya da soğutulduğunda moleküller birbirine yaklaşır, aralarındaki çekim ve kapladıkları hacim önem kazanır. Hollandalı fizikçi Johannes Diderik van der Waals 1873'te bu iki etkiyi denkleme ekledi ve bu çalışmasıyla 1910 Nobel Fizik Ödülü'nü aldı.
Denklem
(P + a·n² / V²) × (V − n·b) = n·R·T
- a: Moleküller arası çekim kuvvetini temsil eder. Çekim, duvara çarpan moleküllerin etkisini azalttığı için ölçülen basınca bir düzeltme terimi eklenir.
- b: Bir mol molekülün kendi kapladığı hacimdir; gazın hareket edebileceği serbest hacim V − nb olur.
a ve b her gaz için deneysel olarak bulunan sabitlerdir.
Örnek: karbondioksit
CO₂ için a ≈ 3,640 L²·bar/mol² ve b ≈ 0,04267 L/mol'dür. 1 mol CO₂ 300 K'de 1 litrelik kaba konursa:
- İdeal gaz: P = 0,08314 × 300 / 1 ≈ 24,9 bar
- Van der Waals: P = 0,08314 × 300 / (1 − 0,04267) − 3,640 / 1² ≈ 26,05 − 3,64 ≈ 22,4 bar
Aradaki yaklaşık %10'luk fark, yüksek yoğunlukta ideal gaz varsayımının yetersiz kaldığını gösterir. Kendi değerlerinle hesap yapmak için Van der Waals denklemi hesaplama aracını, karşılaştırma için ideal gaz yasası hesaplama aracını kullanabilirsin.
Neden önemli?
Denklem, gazların sıvılaşmasını ve kritik nokta kavramını açıklayan ilk modeldir. Kritik sıcaklık ve basınç, a ve b sabitlerinden türetilebilir. Günümüzde endüstride daha hassas hal denklemleri kullanılsa da Van der Waals denklemi, gerçek gaz davranışını anlamanın temel adımı olarak kimya ve termodinamik derslerinde öğretilir.