Persamaan van der Waals

Persamaan van der Waals ialah sebuah persamaan keadaan yang menghuraikan keadaan gas nyata berdasarkan keadaan-keadaan zarah gas nyata yang tidak lagi menepati ciri-ciri gas unggul. Persamaan ini dinamakan sempena ahli fizik Belanda, Johannes Diderik van der Waals yang mengemukakan persamaan ini pada 1873.^[1]

Huraian

Latar belakang

Graf faktor kebolehmampatan melawan tekanan gas nitrogen, N₂, dengan suhu-suhu mutlak yang dimalarkan serta garisan graf bagi gas N₂ dengan sifat unggul.

Laman utama: Gas unggul, Hukum gas unggul, dan Gas nyata

Dalam suatu gas unggul, zarah-zarah gas dianggap sebagai zarah berupakan titik yang mengalami interaksi dengan bekas, tetapi tidak antara zarah-zarah. Oleh itu, zarah-zarah gas dianggap tidak memenuhi ruang dan tidak mengalami perubahan tenaga kinetik ketika perlanggaran.^[2] Anggapan ini diguna pakai dalam hukum gas unggul:

${\displaystyle PV=nRT,}$

dengan:

• P ialah tekanan,
• V ialah isi padu,
• n ialah bilangan mol yang dipenuhi gas,
• R ialah pemalar gas,
• T ialah suhu mutlak (suhu dalam Kelvin).

Secara umumnya, gas nyata bertindak seperti gas unggul dalam keadaan suhu yang tinggi dan tekanan rendah. Namun begitu, gas nyata tidak lagi bertindak seperti gas unggul apabila suhu menurun dan tekanan meningkat. Hal ini kerana:^[3]

• jumlah ruang antara zarah-zarah gas berkurangan secara relatif, menyebabkan isi padu yang dipenuhi zarah-zarah tidak boleh diabaikan, dan,
• interaksi dan daya antara zarah-zarah gas menjadi lebih ketara dalam tekanan tinggi atau suhu yang rendah.

Dalam hal ini, PV tidak lagi sama dengan nRT, yakni faktor kebolehmampatan tidak lagi sama dengan 1, dan hukum gas nyata tidak boleh diguna pakai. Sebaliknya, hukum gas nyata dibetulkan semula, dan persamaan van der Waals terbentuk berdasarkan keadaan-keadaan ini.

Persamaan

Persamaan van der Waals lazim (bentuk mol) ialah seperti di bawah:^[4]

${\displaystyle \left(p+{\frac {n^{2}a}{V^{2}}}\right)\left(V-nb\right)=nRT,}$

dengan,

• P, V, n, R, dan T membawa maksud yang sama seperti dalam hukum gas unggul,
• a ialah daya tarikan purata antara zarah-zarah gas, dan
• b ialah isi padu mol yang dipenuhi zarah-zarah gas.

Rujukan

1. van der Waals; J. D. (1873). Over de Continuiteit van den Gas- en Vloeistoftoestand. Universiti Leiden.
2. Silbey, Robert J.; Alberty, Robert A.; Bawendi, Moungi G. (2004). Physical Chemistry (dalam bahasa Inggeris) (ed. keempat). Wiley. ISBN 978-0471215042.
3. "9.6: Non-Ideal Gas Behavior". LibreTexts (dalam bahasa Inggeris). 25 Januari 2020. Dicapai pada 10 Mac 2020.
4. Chang, Raymond (2014). Physical Chemistry for the Chemical Sciences. University Science Books. m/s. 14. ISBN 978-1891389696.

Pautan luar

• Kategori berkenaan Persamaan van der Waals di Wikimedia Commons