范德华气体：理想气体模型的改进

在《理想气体与真实气体》一文中，我以更为复杂的范德华气体作为结尾，但却是点到为止。今天在这篇文章中，我将深入介绍范德华气体，对上篇文章进行补充。为了文章的完整，先简要复习下上次的理想气体。

如果我们知道在某个时间点粒子以某种方式排列，并且我们还知道它们移动的速度，我们就可以利用动量和碰撞知识来预测气体未来会是什么样子的。但是如果没有计算机，预测这种数百万个粒子的气体是非常困难的。事实上，即使使用计算机也很困难。

因此，物理学家会研究整个气体的属性，例如它所占据的总体积、施加在容器壁上的压力和它的温度，然后用理想气体模型进行处理。所谓的理想气体是我们代表真实气体行为的一种方式，它为我们提供了不同数量之间的关系：PV=nRT。

但问题是，我们在利用理想气体方程之前，物理学家必须首先假设组成气体的原子或分子是点状的或无限小的。这是不现实的，因为即使气体粒子通常非常小，但它们也不是无限小，它们各自占据一些少量的空间。因此理想气体模型在粒子彼此相距很远的情况下效果很好，这种情况通常发生在高温下，另一种情况是当给定体积中没有很多气体分子时。对于这样的场景，我们可以使用理想气体方程并获得相当准确地描述气体特性的结果，理想气体和实际真实气体之间的差异可以忽略或可以忽略。

使用理想气体模型的另一种假设是，组成气体的粒子之间不会有电磁力，不会彼此相互作用，除了在粒子碰撞时会相互弹开。这也是非常不现实的，但理想气体模型在这种情况下工作得很好，因为粒子彼此之间的相互作用很弱。

总的来说，理想气体模型在某些特定情况下确实非常准确地描述了气体，但它对于低温下的气体效果不佳，其中粒子变得更加靠近，并且粒子在接近时相互作用变得更大。这就是范德华发挥作用的地方，他对理想气体方程进行了一些修改，以便它能够更准确地表示不同条件下的更多气体，同时在理想气体方程确实起作用的条件下仍然准确。

首先，他对理想气体方程进行重新排列，将理想气体方程的两边除以气体的摩尔数n：P(V/n)=RT。毕竟它是一种气体，它会膨胀以填充我们现在放置它的任何空间，这样我们就可以考虑气体每摩尔的体积。范德华所做的更改是，将气体每单位摩尔的体积再减去一个数量b：P(V/n-b)=RT，这个b是一摩尔气体颗粒所占据的体积。