ΓΙΟΧΑΝΕΣ ΒΑΝ ΝΤΕΡ ΒΑΑΛΣ

ΓΙΟΧΑΝΕΣ ΒΑΝ ΝΤΕΡ ΒΑΑΛΣ

(1837-1923).

 Ο Γιοχάννες Ντίντερικ φαν Ντερ Βάαλς (Ολλανδικά: Johannes Diderik van der Waals, 23 Νοεμβρίου 1837 - 8 Μαρτίου 1923) ήταν Ολλανδός φυσικός στον οποίο απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1910.Γεννήθηκε στο Λέιντεν και πέθανε στο Άμστερνταμ. Διατέλεσε καθηγητής στα πανεπιστήμια της Χάγης και του Άμστερνταμ. 

Ο Γιοχάννες Ντίντερικ φαν Ντερ Βάαλς (23 Νοεμβρίου 1837 - 8 Μαρτίου 1923) ήταν Ολλανδός φυσικός στον οποίο απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1910

   Ο φαν Ντερ Βάαλς γεννήθηκε στην πόλη Λάιντεν της Ολλανδίας, ο πατέρας του ήταν ο Jacobus van der Waals και η μητέρα του η Elisabeth van den Burg. Έγινε καθηγητής σε σχολείο και αργότερα του επετράπη να σπουδάσει στο πανεπιστήμιο. Κατά τη διάρκεια των σπουδών του από το 1862 ως το 1865 πήρε πτυχίο στα μαθηματικά και στη φυσική. Παντρεύτηκε την Anna Magdalena Smit 1864 και είχαν τρεις κόρες (Anne Madeleine, Jacqueline Elisabeth (poet), Johanna Diderica) και έναν γιο.  
ΕΡΓΟ

  Το 1866 ο φαν Ντερ Βάαλς έγινε διευθυντής σε ένα σχολείο δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης στη Χάγη. Απέκτησε το διδακτορικό του δίπλωμα στο Λέιντεν το 1873, και το 1876 διορίστηκε ο πρώτος καθηγητής της Φυσικής στο νεοσύστατο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ.

  Η διδακτορική διατριβή του φαν Ντερ Βάαλς είχε τίτλο Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (Σχετικά με τη συνέχεια των αερίων και την υγρή κατάσταση). Σε αυτή την διατριβή ανακάλυψε την εξίσωση που φέρει το όνομα του. Το έργο αυτό έδωσε ένα μοντέλο στο οποίο η υγρή και η αέρια κατάσταση μιας ουσίας εμπλέκεται μεταξύ της με έναν συνεχή τρόπο. Δείχνει ότι οι δύο καταστάσεις είναι της ίδιας φύσης. Θέτοντας την εξίσωση του δεν υπέθετε μόνο την ύπαρξη των μορίων (ήταν αμφισβητούμενη την εποχή εκείνη) αλλά και ότι έχουν πεπερασμένο μέγεθος και έλκονται μεταξύ τους.

  Μια από τις σπουδαιότερες εργασίες του είναι η «Συνέχεια της υγρής και αερίου κατάστασης». Μ’ αυτή αποδεικνύεται ότι γενικά τα ρευστά αποτελούνται από έναν αριθμό κινητών σωματιδίων, τα οποία δε μεταβάλλονται, έχουν έναν ορισμένο όγκο και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με μια ελκτική δύναμη, η οποία παύει να υπάρχει σε πολύ μικρές αποστάσεις των σωματιδίων. Η θεωρία αυτή αποδείχτηκε και πειραματικά, όταν πια τα αέρια υγροποιήθηκαν και τα μόριά τους πλησίασαν το ένα το άλλο σε ακόμη μικρότερη απόσταση από ότι ήταν σε αέρια φάση.

  Εκτός από την παραπάνω εργασία, ο Βαν ντερ Βάαλς ασχολήθηκε με πολλά άλλα αντικείμενα της φυσικής και φυσικοχημείας και δημοσίευσε εργασίες σχετικές με την ηλεκτρολυτική διάσταση, τη θερμοδυναμική θεωρία των τριχοειδών φαινομένων, τη στατική των ρευστών, την καταστατική εξίσωση των αερίων κτλ. Για όλες αυτές τις υπηρεσίες του στη φυσική και γενικά στην επιστήμη τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1910.

α) Ανάλυση της εξίσωσης Βαν ντερ Βάαλς. Η εξίσωση αυτή αποτελεί βελτιωμένη μορφή της εξίσωσης των τέλειων αερίων (Boyle-Mariotte). Ονομάζεται «εξίσωση των πραγματικών αερίων», γιατί στηρίζεται στις παραδοχές του Βαν ντερ Βάαλς, κατά τον οποίο τα μόρια των αερίων έχουν ορισμένο όγκο και έλκονται μεταξύ τους. Έτσι, στην εξίσωση των τέλειων αερίων PV = RT για 1 mole, κάνουμε τις παρακάτω διορθώσεις: α) αφαιρούμε τον όγκο β των μορίων από το συνολικό όγκο V του αερίου, 
β) προσθέτουμε στην ολική πίεση Ρ του αερίου την πίεση Ρ΄, η οποία οφείλεται στις ελκτικές δυνάμεις των μορίων και ονομάζεται «ενδοπίεση». Έτσι έχουμε: (P + P΄) (V - β) = RT.

  Η ενδοπίεση είναι ανάλογη του αριθμού των ελκόντων και ελκομένων μορίων. Επομένως είναι ανάλογη με το τετράγωνο της συγκέντρωσης του αερίου. Επειδή η συγκέντρωση είναι αντιστρόφως ανάλογη του όγκου του αερίου, η ενδοπίεση θα είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο του όγκου του. Θα είναι δηλαδή η τελική μορφή της εξίσωσης Βαν ντερ Βάαλς για 1 mole:

(Ρ+ - ) (V - β) = RT.

  Τα α και β ονομάζονται «σταθερές του Βαν ντερ Βάαλς» και είναι χαρακτηριστικές για κάθε αέριο. Οι φυσικοχημικές διαστάσεις της καθεμιάς είναι οι παρακάτω: α = lit2 • atm • mole-2 και β = lit • mole-1. Το α λέγεται «συντελεστής ενδοπίεσης» και το β «συν-όγκος».

Για n mole αερίου η εξίσωση Βαν ντερ Βάαλς δίνεται έτσι:

(όπου R η «παγκόσμια σταθερά» και Τ η απόλυτη θερμοκρασία του αερίου).

β) Δυνάμεις δίπολου-δίπολου (Διαμορφικές δυνάμεις Βαν ντερ Βάαλς). Οι δυνάμεις δίπολου-δίπολου είναι ηλεκτροστατικές ελκτικές δυνάμεις που εμφανίζονται μεταξύ πολικών μορίων, δηλαδή μορίων που εμφανίζουν διπολική ροπή, π.χ. τα πολικά μόρια του έλκονται μεταξύ τους με δυνάμεις Βαν ντερ Βάαλς. Γενικά, όσο πιο μεγάλες είναι οι διπολικές ροπές των μορίων, τόσο πιο ισχυρές δυνάμεις αναπτύσσονται.

  Στην κατηγορία αυτή μπορούν να ενταχθούν και οι δυνάμεις ιόντος-διπόλου, που είναι ελκτικές ηλεκτροστατικές δυνάμεις, οι οποίες εμφανίζονται μεταξύ ενός ιόντος (ανιόν ή κατιόν) και ενός δίπολου μορίου. Η ισχύς των δυνάμεων εξαρτάται από το φορτίο και το μέγεθος του ιόντος, αλλά και από τη διπολική ροπή και το μέγεθος των δίπολων μορίων.