Raggio di van der Waals

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Il raggio di Van der Waals di un atomo è il raggio di un'immaginaria sfera che può essere usata come modello dell'atomo per vari scopi. I raggi di van der Waals vengono determinati dalla misurazione degli spazi atomici tra coppie di atomi privi di legami presenti nei cristalli.

Il raggio di Van der Waals prende il nome da Johannes Diderik van der Waals, vincitore del Premio Nobel per la fisica nel 1910.

I gas reali non si comportano esattamente come predetto. In alcuni casi la deviazione può essere notevole. Ad esempio, i gas ideali non possono mai passare allo stato liquido o solido, non importa quanto li si raffreddi o comprima. Per questo motivo vennero proposte delle modifiche alla legge del gas ideale, PV = nRT. Di particolare utilità e molto conosciuta è l'equazione di stato di Van der Waals: (P + a/V_s²) (V - b) = RT, dove a e b sono parametri modificabili determinati dalle misure sperimentali compiute sui gas reali. Il loro valore varia da gas a gas.

L'equazione di van der Waals ha inoltre un interpretazione microscopica. Le molecole interagiscono l'una con l'altra. L'interazione è fortemente repulsiva a brevissime distanze, diventa lievemente attrattiva a distanze intermedie e svanisce a lunghe distanze. La legge del gas ideale deve essere corretta quando si considerano le forze attrattive e repulsive. Ad esempio, la repulsione mutua tra molecole ha l'effetto di escludere la presenza di "vicini" in un dato volume di spazio attorno ad ogni molecola. Quindi, una frazione dello spazio totale diventa indisponibile per le molecole che si muovono con un moto casuale. Nell'equazione di stato, questo volume di esclusione (b) deve essere sottratto dal volume del contenitore (V), da cui: (V - b). L'altro termine che viene introdotto nell'equazione di van der Waals, a/V_s², descrive una debole forza attrattiva tra le molecole, che incrementa col diminuire di V e il ravvicinarsi delle molecole.