在《理想氣體與真實氣體》一文中，我以更為復雜的范德華氣體作為結尾，但卻是點到為止。今天在這篇文章中，我將深入介紹范德華氣體，對上篇文章進行補充。為了文章的完整，先簡要復習下上次的理想氣體。

如果我們知道在某個時間點粒子以某種方式排列，并且我們還知道它們移動的速度，我們就可以利用動量和碰撞知識來預測氣體未來會是什么樣子的。但是如果沒有計算機，預測這種數百萬個粒子的氣體是非常困難的。事實上，即使使用計算機也很困難。

因此，物理學家會研究整個氣體的屬性，例如它所占據的總體積、施加在容器壁上的壓力和它的溫度，然后用理想氣體模型進行處理。所謂的理想氣體是我們代表真實氣體行為的一種方式，它為我們提供了不同數量之間的關系：PV=nRT。

但問題是，我們在利用理想氣體方程之前，物理學家必須首先假設組成氣體的原子或分子是點狀的或無限小的。這是不現實的，因為即使氣體粒子通常非常小，但它們也不是無限小，它們各自占據一些少量的空間。因此理想氣體模型在粒子彼此相距很遠的情況下效果很好，這種情況通常發生在高溫下，另一種情況是當給定體積中沒有很多氣體分子時。對于這樣的場景，我們可以使用理想氣體方程并獲得相當準確地描述氣體特性的結果，理想氣體和實際真實氣體之間的差異可以忽略或可以忽略。

使用理想氣體模型的另一種假設是，組成氣體的粒子之間不會有電磁力，不會彼此相互作用，除了在粒子碰撞時會相互彈開。這也是非常不現實的，但理想氣體模型在這種情況下工作得很好，因為粒子彼此之間的相互作用很弱。

總的來說，理想氣體模型在某些特定情況下確實非常準確地描述了氣體，但它對于低溫下的氣體效果不佳，其中粒子變得更加靠近，并且粒子在接近時相互作用變得更大。這就是范德華發揮作用的地方，他對理想氣體方程進行了一些修改，以便它能夠更準確地表示不同條件下的更多氣體，同時在理想氣體方程確實起作用的條件下仍然準確。

首先，他對理想氣體方程進行重新排列，將理想氣體方程的兩邊除以氣體的摩爾數n：P(V/n)=RT。畢竟它是一種氣體，它會膨脹以填充我們現在放置它的任何空間，這樣我們就可以考慮氣體每摩爾的體積。范德華所做的更改是，將氣體每單位摩爾的體積再減去一個數量b：P(V/n-b)=RT，這個b是一摩爾氣體顆粒所占據的體積。

也就是說，每摩爾氣體所占據的空間的總體積減去一摩爾粒子的總體積。這意味著粒子很小但不是無限小，它們本身確實占據了一些體積，相比之下理想氣體的粒子是無限小的。對于不同的氣體來說，b值將有很大不同，具體取決于其顆粒有多大。顆粒越大，它們占據的空間就越大，b值也越大。(www.ws46.Com)

除了體積的改變，范德華所做的另一個改變涉及粒子之間的相互作用。理想氣體假設粒子不會彼此相互作用，然而實際上，當粒子現在靠近時，它們往往會相互施加很小的吸引力——范德華力。

如果我們考慮一個靠近容器中心的粒子，那么平均而言，它與其他粒子的所有相互作用應該相互抵消。這是因為我們的粒子被四面八方的粒子包圍，所以所有這些力都作用在它上面，應該在很長一段時間內相互平衡。

但是靠近容器壁的顆粒將受到集中在一側的力，除非容器壁和粒子之間發生碰撞，否則容器壁不會對粒子施加力。而粒子之間即使沒有任何碰撞，另一側的其他粒子也會施加相互作用力，因此所有這些力都會將粒子拉向容器的中心，從而減少施加在容器壁上的壓力。

那么大致來說，施加在容器上的壓力會減少多少？容器中氣體粒子堆積得越緊密，那里的粒子就越多地吸引容器壁附近的一個粒子。因此，壓力降低將與每單位體積的氣體摩爾數n/V成正比，并且撞擊該特定壁的粒子總數也大致與n/V成正比。

因此我們需要在方程中引入的項大致與n2/V2成正比，比例常數我們可以稱之為a，它說明了氣體粒子之間的相互作用有多強。畢竟每種氣體粒子間相互作用都有不同的強度 ，這取決于實際粒子本身，因此我們對不同氣體有不同的a值。最后，我們對理想氣體方程所做的修改是：(P a·n2/V2)(V/n-b)=RT。