Equação de Van der Waals Físico química InfoEscola

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20/08/2017 Equação de Van der Waals - Físico-química - InfoEscola
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P = pressão, V = volume, n = quantidade de gás, R = constante dos gases perfeitos,
T = temperatura
É possível notar que não há nessa equação quaisquer considerações sobre a natureza
química do gás. No entanto percebemos empiricamente que os gases se comportam
de formas distintas, especialmente quando submetidos à condições extremas, de alta
pressão por exemplo. Modelos para gases reais, que levem em consideração a
composição dos mesmos são, portanto, necessários.
As duas principais suposições do modelo de gases ideais são os seguintes:
O volume da partícula/molécula é desprezível;
Não existem interações entre as partículas/moléculas.
Com isso em mente, em 1873 o holandês Johannes Diderik van der Waals trabalhou
para encontrar uma descrição física para a não idealidade dos gases. Embora
o atomismo ainda não fosse amplamente aceito na comunidade científica, van der
Waals acreditou que interações entre as partículas constituintes do gás e o volume
não desprezível destas seria responsável pelos desvios de comportamento de alguns
gases.
Primeiramente consideramos que nem todo volume do recipiente está disponível para
o gás ocupar, uma vez as partículas nele tem um volume finito. Podemos utilizar um
volume efetivo definido como:
Onde V é o volume do recipiente e B é o volume total ocupado pelas partículas. É
conveniente expressão o volume total B em função do número de mols de gás no
sistema, logo:
Onde b é o volume molar das partículas/moléculas do gás. Temos então:
A segunda consideração diz respeito à atração entre as partículas do gás. Essas forças
de atração seriam praticamente nulas no seio da mistura, porém próximo à fronteira
as partículas sentiriam uma força em direção ao centro que reduziria a intensidade
PV = nRT
P = nRTVe
= V − BVe
B = nb
P(V − nb) = nRT)
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dos impactos nas paredes do recipiente. Van der Waals considerou que essa atração
seria proporcional ao quadrado da concentração do gás.
A pressão deve então ser reduzida por esse fator:
Colocando as duas correções juntas obtemos:
ou
Que é a equação de estado de van der Waals, onde as constantes a e b são
parâmetros experimentais que dependem da natureza do gás.
Apesar de existirem hoje diversas equações de estado, a formulação de van der Waals
é particularmente importante porque atribui sentido físico às correções, além disso
ajustando sua equação a dados experimentais é possível obter informações sobre o
gás. A constante b por exemplo é uma estimativa do volume das moléculas ou átomos
que constituem o gás.
As ideias de van der Waals a respeito da interação de moléculas lhe rendeu grande
destaque em ciências moleculares, como a química, ele foi o primeiro cientista a
estabelecer esses conceitos de forma satisfatória. Hoje chamamos de forças de van
der Waals as forças intermoleculares responsáveis por inúmeros fenômenos do dia a
dia.
Arquivado em: Físico-química
A = a = a(C 2 nV )
2
P = − AnRTVe
P = − a(nRTVe
n
V )
2
P = − a(nRTV−nb
n
V )
2
(P + ) ⋅ (V − nb) = nRTan 2
V 2