Βαν ντερ Βάαλς, Γιοχάνες Ντίντερικ

(Johannes Diderik Van der Waals, Λέιντεν 1837 – Άμστερνταμ 1923). Ολλανδός φυσικός. Αποφοίτησε από το πανεπιστήμιο του Λέιντεν το 1865. Πήρε το διδακτορικό του δίπλωμα το 1873 και έγινε καθηγητής στο Ντέβεντερ, στη Χάγη και μετά στο πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ (1877-1907). Δημοσίευσε πολλές εργασίες πάνω σε πολλούς τομείς της φυσικής (ηλεκτρολυτική διάσπαση, θερμοδυναμική θεωρία των τριχοειδών φαινομένων, καταστατική εξίσωση των αερίων, στατική των ρευστών κ.ά.), αλλά πιο αξιόλογη από αυτές θεωρείται η εργασία του Για το συνεχές τηςυγρής και της αέριας κατάστασης (1873), στην οποία υποστήριξε ότι τα ρευστά αποτελούνται από μεγάλο αριθμό κινητών αμετάβλητων σωματίων και ότι παρουσιάζουν μεταξύ τους αμοιβαίες έλξεις που είναι ασθενικές, αλλά όχι αμελητέες. Η θεωρία αυτή (κινητική θεωρία των υγρών) οδήγησε σε πάρα πολύ σημαντικά συμπεράσματα που επιβεβαιώθηκαν πειραματικά με την υγροποίηση των αερίων. Ο Β. για τις εργασίες του αυτές τιμήθηκε το 1910 με το βραβείο Νόμπελ φυσικής και ανακηρύχθηκε επίτιμο μέλος πολλών ξένων ακαδημιών. δυνάμεις Β.ν.Β. Ασθενικές διαμοριακές και διατομικές δυνάμεις ηλεκτροστατικής φύσης. Αν δύο μόρια έχουν μόνιμες διπολικές ροπές και βρίσκονται σε τυχαία θερμική κίνηση τότε σε μερικούς από τους σχετικούς προσανατολισμούς τους θα παρατηρείται άπωση και σε άλλους έλξη μεταξύ τους, αλλά το συνολικό αποτέλεσμα θα είναι η έλξη. Επίσης, ένα μόριο με μόνιμη διπολική ροπή μπορεί να επάγει διπολική ροπή σε ένα γειτονικό του μόριο και να προκαλέσει έτσι αμοιβαία έλξη. Οι αλληλεπιδράσεις αυτές δίπολου-δίπολου δεν μπορούν να εμφανιστούν ανάμεσα στα άτομα. Οι δυνάμεις Β.ν.Β. ανάμεσα σε ξεχωριστά άτομα δημιουργούνται εξαιτίας των μικρών στιγμιαίων διπολικών ροπών, που εμφανίζονται στα ίδια τα άτομα ως αποτέλεσμα διακυμάνσεων στην ηλεκτρονική τους κατανομή. Η στιγμιαία αυτή διπολική ροπή μπορεί να προκαλέσει πόλωση σε ένα γειτονικό άτομο, με αποτέλεσμα την εμφάνιση ασθενικής έλξης ανάμεσα στα άτομα. Η δυναμική ενέργεια Eρ σε καθεμία από αυτές τις αλληλεπιδράσεις παίρνει τη μορφή:Ερ = - όπου Α μία σταθερά για ένα ιδιαίτερο άτομο ή μόριο και τ η απόσταση μεταξύ των μορίων ή των ατόμων (το Eρ λέγεται δυναμικό Λέναρντ-Τζόουνς). Οι δυνάμεις Β.ν.Β. είναι υπεύθυνες για τις διαφορές που παρουσιάζει η συμπεριφορά των πραγματικών αερίων σε σχέση με ένα ιδανικό αέριο. Β.ν.Β., καταστατική εξίσωση των αερίων. Η αναλυτική μελέτη του νόμου των Μπόιλ-Μαριότ σε συνδυασμό με την παραδοχή του Β.ν.Β. ότι τα ρευστά αποτελούνται από υλικά μόρια που κατέχουν ορισμένο όγκο και ασκούν αμοιβαίες δυνάμεις έλξης μεταξύ τους (κινητική θεωρία) οδήγησαν τον Β.ν.Β. σε διόρθωση του τύπου των ιδανικών αερίων, που παίρνει τη μορφή: (ρ+ α/u²) (u-b)=R · T όπου P,U παριστάνουν την πίεση και τον όγκο του αερίου ανά γραμμομόριο στην απόλυτη θερμοκρασία T, R είναι η παγκόσμια σταθερά των αερίων, b ο συνόγκος και a/u² η ενδοπίεση. Ο παράγοντας u-b αντιπροσωπεύει τον πραγματικό όγκο που διατίθεται στα μόρια ανά γραμμομόριο (αν ένα μόριο θεωρηθεί ως σκληρή σφαίρα διαμέτρου d, τότε κατά τη διάρκεια της κίνησής του το κέντρο του δεν μπορεί να πλησιάσει λιγότερο από d/2 ένα τοίχωμα ή λιγότερο από d από το κέντρο ενός άλλου μορίου και έτσι ο πραγματικός όγκος που διατίθεται σε κάθε μόριο είναι μικρότερος από τον όγκο του δοχείου μέσα στο οποίο βρίσκεται και το πόσο μικρότερος είναι εξαρτάται από το πόσα μόρια υπάρχουν). Η επιπρόσθετη πίεση a/u² οφείλεται στους δεσμούς διαμοριακών δυνάμεων, που για μια δοσμένη εξωτερική πίεση κάνουν το αέριο να καταλαμβάνει όγκο μικρότερο από τον όγκο που θα καταλάμβανε ως ιδανικό, όπου δεν υπάρχουν τέτοιες ελκτικές δυνάμεις –με άλλα λόγια κάνουν το αέριο να συμπεριφέρεται σαν να δεχόταν μια πίεση μεγαλύτερη από αυτή που εφαρμόζεται εξωτερικά. Οι τιμές των a και b βρίσκονται στο πείραμα και από αυτή την άποψη η εξίσωση των πραγματικών αερίων είναι εμπειρική. Για παράδειγμα, η ενδοπίεση για αέρα στους 0°C και εξωτερική πίεση 1 atm παίρνει την τιμή 0,0028 atm. Ο συνόγκος b μεταβάλλεται από αέριο σε αέριο, αλλά η συνηθισμένη του τιμή είναι της τάξης των 30 cm³/mole, δηλαδή γύρω στα 0,15% του ελεύθερου όγκου που διατίθεται για το αέριο σε κανονικές συνθήκες. Τα ποσοτικά πειραματικά δεδομένα που προκύπτουν από την εφαρμογή της καταστατικής εξίσωσης Β.ν.Β. δεν μπορούν να προσαρμοστούν παντού με σταθερές τιμές των α και β και αυτό οφείλεται στο ότι το μοντέλο πάνω στο οποίο βασίζεται ο τύπος είναι ακόμα πολύ απλουστευμένο.