O que é a Equação de Van der Waals?

A equação de Van der Waals é uma equação de estado que foi proposta por Johannes Diderik van der Waals em 1873. Ela foi criada para descrever o comportamento de gases reais, ou seja, gases que não obedecem completamente às leis dos gases ideais. A equação de Van der Waals é uma forma de corrigir as discrepâncias entre o comportamento dos gases ideais e o comportamento observado em gases reais.

A equação de Van der Waals é uma equação que relaciona a pressão, o volume e a temperatura de um gás. Ela é escrita como PV = nRT + n^2a/V^2 – nb, onde P é a pressão, V é o volume, n é o número de mols do gás, R é a constante dos gases, T é a temperatura, a é um parâmetro relacionado às forças intermoleculares e b é um parâmetro relacionado ao volume ocupado pelas moléculas do gás.

Como a Equação de Van der Waals Descreve o Comportamento de Gases Reais?

A equação de Van der Waals descreve o comportamento de gases reais levando em consideração dois fatores que os gases ideais não consideram: a atração entre as moléculas e o volume ocupado pelas moléculas do gás. A atração entre as moléculas faz com que o gás exerça uma pressão menor do que a prevista pela lei dos gases ideais, enquanto o volume ocupado pelas moléculas faz com que o gás ocupe um volume maior do que o previsto pela lei dos gases ideais.

Assim, a equação de Van der Waals corrige as discrepâncias entre o comportamento dos gases ideais e o comportamento observado em gases reais. Ela é capaz de prever com mais precisão a pressão, o volume e a temperatura de gases em condições reais de temperatura e pressão, especialmente em altas pressões e baixas temperaturas.

Exemplo de Como Usar a Equação de Van der Waals para Calcular o Comportamento de Gases

Para calcular o comportamento de um gás usando a equação de Van der Waals, é necessário conhecer os valores de P, V, n e T, além dos parâmetros a e b do gás. Por exemplo, para calcular a pressão de um mol de gás cloro (Cl2) a 300 K e 10 L usando a equação de Van der Waals, é necessário primeiro obter os valores de a e b para o cloro. A partir da tabela de parâmetros de Van der Waals, pode-se encontrar que a = 6.49 L^2*atm/mol^2 e b = 0.0562 L/mol para o Cl2.

Substituindo os valores na equação de Van der Waals, temos PV = nRT + n^2a/V^2 – nb, que pode ser reescrita como P = nRT/V – n^2a/V^2 + nb/V. Substituindo os valores de n, R, T, V, a e b, obtemos P = (1 mol)(0.0821 Latm/molK)(300 K)/(10 L) – (1 mol)^2(6.49 L^2*atm/mol^2)/(10 L)^2 + (1 mol)(0.0562 L/mol)/(10 L) = 2.48 atm.

Limitações da Equação de Van der Waals e Outras Equações de Estado de Gases Reais

Apesar de ser uma equação relativamente simples e efetiva para descrever o comportamento de gases reais, a equação de Van der Waals apresenta algumas limitações. Ela é menos precisa em baixas pressões e altas temperaturas, e não leva em consideração fatores como a polaridade das moléculas do gás. Por isso, outras equações de estado mais complexas, como a equação de Peng-Robinson e a equação de Redlich-Kwong, foram desenvolvidas para corrigir essas limitações e prever o comportamento de gases reais de maneira ainda mais precisa.