Sciences

Équation de Van der Waals

DéfinitionClassé sous :chimie , gaz parfait , gaz réel
Johannes Diderik van der Waals (Crédit : 2007 Soylent Communications)

L'équation d'état des gaz réels, du nom de son découvreur, le prix Nobel de physique Hollandais Johannes Diderik Van der Waals, est une équation capable de décrire le comportement des gaz dans des conditions de température T et de pression P plus étendues que celle des gaz parfaits pour un volume V occupé par n moles. En particulier, elle prévoit la liquéfaction des gaz.

Elle s'écrit sous la forme suivante

 
 

Expérimentalement, en effet, on trouve que les gaz ne se comportent pas exactement comme le décrit la loi des gaz parfaits. Les raisons à l'origine de ce phénomène sont simples.

D'abord, les gaz sont composés de molécules ayant un certain volume. Ensuite, des interactions autres que les simples chocs élastiques existent entre les molécules. Il en résulte que des forces attractives entre ces molécules vont faire que la pression d'un gaz réel sera inférieure à la pression d'un gaz parfait, en particulier pour les hautes pressions.

Pour tenir compte de ces données, van der Waals a alors introduit des termes correctifs dans l'équation des gaz parfaits PV=nRT. Ces termes sont ceux faisant intervenir les constantes a et b dans l'équation précédente et ils sont déterminés expérimentalement.

Le covolume b représente le volume propre des atomes/molécules d'une mole de gaz et il s'interprète comme un volume exclu (il est impossible de rendre le volume du gaz inférieur à b).

Le terme en an2/V2 permet lui de prendre en compte l'attirance mutuelle des atomes/molécules composant un gaz réel, on l'appelle également pression de liaison.  Il revient à introduire phénoménologiquement ce qui sera plus tard appelé les forces de Van der Waals entre les atomes/molécules.

Bien que représentant un progrès par rapport à l'équation des gaz parfaits, l'équation de Van der Waals possède elle aussi des limitations et d'autres équations d'états, permettant de mieux décrire les phases liquides et solides ont par la suite été introduites.

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