Van Der Waals

Persamaan keadaan van der Waals

Gas yang mengikuti hukum Boyle dan hukum Charles, yakni hukum gas ideal disebut gas ideal. Namun, didapatkan, bahwa gas yang kita jumpai, yakni gas nyata, tidak secara ketat mengikuti hukum gas ideal. Semakin rendah tekanan gas pada temperatur tetap, semakin kecil deviasinya dari perilaku ideal, atau juga sebaliknya.

Paling tidak ada dua alasan yang menjelaskan hal ini. Peratama, definisi temperatur absolut didasarkan asumsi bahwa volume gas real sangat kecil sehingga bisa diabaikan. Molekul gas pasti memiliki volume nyata walaupun mungkin sangat kecil. Selain itu, ketika jarak antarmolekul semakin kecil, beberapa jenis interaksi antarmolekul akan muncul.

Fisikawan Belanda Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) mengusulkan persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der Waals atau persamaan van der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal (persamaaan 2.1) dengan cara sebagai berikut: dengan menambahkan koreksi pada P untuk mengkompensasi interaksi antarmolekul; mengurango dari suku V yang menjelaskan volume real molekul gas. Sehingga didapat:

[P + (n2a/V2)] (V – nb) = nRT                    

a dan b adalah nilai yang ditentukan secara eksperimen untuk setiap gas dan disebut dengan tetapan van der Waals (Tabel 1). Semakin kecil nilai a dan b menunjukkan bahwa perilaku gas semakin mendekati perilaku gas ideal. Besarnya nilai tetapan ini juga berhbungan denagn kemudahan gas tersebut dicairkan.

Tabel 1. Nilai tetapan gas yang umum kita jumpai sehari-hari.

gas	a (atm dm6 mol-2)	b (atm dm6 mol-2)
He	0,0341	0,0237
Ne	0,2107	0,0171
H2	0,244	0,0266
NH3	4,17	0,0371
N2	1,39	0,0391
C2H	4,47	0,0571
CO2	3,59	0,0427
H2O	5,46	0,0305
CO	1,49	0,0399
Hg	8,09	0,0170
O2	1,36	0,0318

Asumsikan bahwa terdapat sejumlah molekul dengan bilangan Avogadro (misal dalam mol, n) mengisi volume ruang sebesar b liter. Volume total dari ruang tersebut disimbolkan dengan V. Kemudian ada molekul individual yang dapat bergerak bebas. Ruang yang tersedia untuk molekul adalah volume yang terukur (V) dikurangi dengan volume yang terisi molekul (nb). Jadi volume ‘efektif’ (Veff) adalah

Veff = V – nb                                              

Sedangkan tekanan ‘efektif’ imajinasinya agak rumit menjelaskannya hehehe:) Kurang lebih begini : Bayangkan bahwa terdapat gas dimana molekul-molekulnya saling tarik menarik. Molekul-molekul yang terdapat pada bagian ‘ujung’ gas (dekat dinding kontainer) ditarik oleh molekul di bagian interior. Jumlah molekul yang terdapat pada sisi ‘ujung’ ini sebanding dengan n/V dan jumlah molekul interior juga sebanding dengan n/V. Karena itu jumlah pasangan molekul-molekul yang berinteraksi sebanding dengan n2/V2. Gaya-gaya ini akan memberikan kontribusi tambahan terhadap tekanan yang sebanding pula dengan n2/V2. Jumlah kontribusi tekanan akibat gaya-gaya tersebut kita sebut dengan konstanta a sehingga tekanan ‘efektif’ menjadi :

 P_eff = P + a( n₂/v₂)                                                 

Sekarang kita dapat membayangkan bahwa gas akan mengabaikan prinsip EoS jika kita hanya menggunakan konsep volume dan tekanan efektif saja, yaitu :  

P_effV_eff = nRT

Dengan menguraikan konsep volume dan tekanan dalam persamaan gas ideal maka kita akan mendapatkan persamaan sbb :

(P + a(n²/v²)(V-nb) = nRT                                               

dimana persamaan di atas adalah VdW EoS.