¿Cuál es la ecuación de van der Waals?

La ecuación de estado de van der Waals describe las fases gaseosa y líquida de una sustancia y se utiliza para analizar las propiedades del fluido de manera aproximada.

La ecuación de van der Waals corrige el volumen y las fuerzas de atracción entre las moléculas de gas:

[matemática] \ izquierda (P + \ frac {n ^ 2 a} {V ^ 2} \ derecha) (V – nb) = n RT [/ matemática]

Hay dos factores correctivos en la ecuación de van der Waals. El primero,
, altera la presión en la ecuación de gas ideal. Representa las fuerzas de atracción intermoleculares entre las moléculas de gas. La magnitud de a es indicativa de la fuerza de la fuerza de atracción intermolecular. a tiene unidades de
.
El factor – nb explica el volumen ocupado por las moléculas de gas. b tiene unidades de L / mol. Dado que b corresponde al volumen total por mol ocupado por las moléculas de gas, corresponde estrechamente al volumen por mol del estado líquido, cuyas moléculas están en capas cercanas. b es generalmente mucho menor en magnitud que a . Los valores de a y b generalmente aumentan con el tamaño y la complejidad de la molécula.
Desafortunadamente, los valores de ayb deben determinarse experimentalmente. A estas alturas ya debería estar a gusto manipulando la ley de los gases ideales. La ecuación de Van der Waals no es muy diferente. El único truco es recordar los factores correctivos.

Fuente: La ecuación de van der Waals

La ley de los gases ideales trata las moléculas de un gas como partículas puntuales con colisiones perfectamente elásticas. Esto funciona bien para gases diluidos en muchas circunstancias experimentales. Pero las moléculas de gas no son masas puntuales, y hay circunstancias en las que las propiedades de las moléculas tienen un efecto medible experimentalmente. Johannes D. van der Waals propuso una modificación de la ley del gas ideal en 1873 para tener en cuenta el tamaño molecular y las fuerzas de interacción molecular. Suele denominarse ecuación de estado de van der Waals.

Las constantes ayb tienen valores positivos y son características del gas individual. La ecuación de estado de van der Waals se aproxima a la ley de gas ideal PV = nRT a medida que los valores de estas constantes se aproximan a cero. La constante a proporciona una corrección para las fuerzas intermoleculares. La constante b es una corrección para el tamaño molecular finito y su valor es el volumen de un mol de los átomos o moléculas.

La ecuación de estado de van der Waals es la más simple de las diversas ecuaciones de estado cúbicas que se han propuesto para expresar la relación Presión Volumen Temperatura tanto del estado líquido como del vapor de una sustancia dada.

La Ley de Boyle solo puede expresar el PVT de un gas a baja presión. Mientras que la ecuación de van der Waals también puede describir la relación PVT del gas cuando está a alta presión y cuando se convierte en líquido.

Desde la introducción de la ecuación de van der Waals, se han propuesto decenas de ecuaciones de estado cúbicas. Todos son casos especiales de la ecuación:

P = (RT / V – b) – (theta (V – eta) / (V – b) (V2 + kappa V + lambda)

donde b, theta, kappa, lambda y eta son parámetros que dependen de la temperatura y (para las mezclas) de la composición.

Esta ecuación genérica se reduce a la ecuación de van der Waals cuando eta = b, theta = a y kappa = lambda = 0

Otras ecuaciones de estado bien conocidas que son casos especiales de la ecuación genérica incluyen; Redlich / Kwong, Soave / Redlich / Kwong, Peng / Robinson y Benedict / Webb / Rubin.