Ecuación de Van der Waals – Química física

El modelo de gas ideal o perfecto es una herramienta muy útil en muchas ramas de la ciencia. Si bien ningún gas es realmente ideal, la mayoría de ellos tienen una variedad de condiciones en las que el modelo describe bien su comportamiento. La ecuación de estado para un gas ideal se escribe de la siguiente manera:

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P = presión, V = volumen, n = cantidad de gas, R = constante de gases perfectos, T = temperatura

Es posible notar que no hay consideraciones sobre la naturaleza química del gas en esta ecuación. Sin embargo, percibimos empíricamente que los gases se comportan de diferentes formas, especialmente cuando se someten a condiciones extremas, como la alta presión. Por tanto, son necesarios modelos para gases reales que tengan en cuenta su composición.

Los dos supuestos principales del modelo de gas ideal son los siguientes:

  • El volumen de partículas / moléculas es insignificante;
  • No hay interacciones entre partículas / moléculas.

Con esto en mente, en 1873 el holandés Johannes Diderik van der Waals trabajó para encontrar una descripción física de la no idealidad de los gases. Aunque el atomismo aún no era ampliamente aceptado en la comunidad científica, van der Waals creía que las interacciones entre las partículas constituyentes del gas y su volumen no despreciable serían responsables de las desviaciones del comportamiento de algunos gases.

Primero, consideramos que no todo el volumen del recipiente está disponible para que lo ocupe el gas, ya que las partículas que contiene tienen un volumen finito. Podemos utilizar un volumen efectivo definido como:

Donde V es el volumen del recipiente y B es el volumen total ocupado por las partículas. Es conveniente expresar el volumen total B en función del número de moles de gas en el sistema, por lo tanto:

Donde b es el volumen molar de las partículas / moléculas de gas. Entonces tenemos:

La segunda consideración se refiere a la atracción entre partículas de gas. Estas fuerzas de atracción serían prácticamente nulas dentro de la mezcla, sin embargo cerca del límite las partículas sentirían una fuerza hacia el centro que reduciría la intensidad de los impactos en las paredes del contenedor. Van der Waals consideró que esta atracción sería proporcional al cuadrado de la concentración de gas.

Luego, la presión debe reducirse por este factor:

Poniendo las dos correcciones juntas obtenemos:

o

¿Cuál es la ecuación de estado de van der Waals, donde las constantes El y B son parámetros experimentales que dependen de la naturaleza del gas.

Aunque hoy en día existen varias ecuaciones de estado, la formulación de van der Waals es particularmente importante porque le da sentido físico a las correcciones, además de ajustar su ecuación a datos experimentales es posible obtener información sobre el gas. el constante B por ejemplo, es una estimación del volumen de las moléculas o átomos que componen el gas.

Las ideas de Van der Waals sobre la interacción de moléculas le valieron un gran protagonismo en las ciencias moleculares como la química, fue el primer científico en establecer estos conceptos de forma satisfactoria. Hoy llamamos fuerzas de van der Waals a las fuerzas intermoleculares responsables de innumerables fenómenos cotidianos.

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