Em sua tese de 1873, Van der Waals notou anão idealidade dosgases reais e atribuiu isso à existência deinterações intermoleculares. Ele introduziu a primeiraequação de estado derivada pela suposição de um volume finito ocupado pelas moléculas constituintes.[5] Liderada porErnst Mach eWilhelm Ostwald, uma forte corrente filosófica que negava a existência demoléculas surgiu no final do século XIX. A existência molecular era considerada não comprovada e a hipótese molecular desnecessária. Na época em que a tese de Van der Waals foi escrita (1873), aestrutura molecular dosfluidos não havia sido aceita pela maioria dos físicos, elíquido evapor eram frequentemente considerados quimicamente distintos. Mas o trabalho de Van der Waals afirmou a realidade das moléculas e permitiu uma avaliação de seu tamanho eforça atrativa. Sua nova fórmula revolucionou o estudo das equações de estado. Ao compararsua equação de estado com dados experimentais, Van der Waals foi capaz de obter estimativas para o tamanho real das moléculas e a força desua atração mútua.[6]
O efeito do trabalho de Van der Waals nafísica molecular do século XX foi direto e fundamental.[7] Aointroduzir parâmetros caracterizando o tamanho e a atração molecular na construção de suaequação de estado, Van der Waals estabeleceu o tom para aciência molecular moderna. É considerado atualmente um axioma que aspectos moleculares como tamanho, forma, atração einterações multipolares devam formar a base para formulações matemáticas das propriedades termodinâmicas e de transporte dosfluidos.[8] Com a ajuda da equação de estado de Van der Waals, os parâmetros do ponto crítico dos gases poderiam ser previstos com precisão a partir de medições termodinâmicas feitas em temperaturas muito mais altas.Nitrogênio,oxigênio,hidrogênio ehélio subsequentemente sucumbiram àliquefação.Heike Kamerlingh Onnes foi significativamente influenciado pelo trabalho pioneiro de Van der Waals. Em 1908, Onnes foi o primeiro a produzirhélio líquido; isso levou diretamente à sua descoberta de 1911 dasupercondutividade.[9]
Johannes Diderik van der Waals nasceu em 23 de novembro de 1837 emLeiden, nos Países Baixos. Era o mais velho dos dez filhos de Jacobus van der Waals e Elisabeth van den Berg. Seu pai era umcarpinteiro em Leiden. Como era comum para todas as meninas e meninos da classe trabalhadora no século XIX, ele não frequentou o tipo de escola secundária que lhe daria o direito de ingressar na universidade. Em vez disso, foi para uma escola de "ensino primário avançado", que concluiu aos quinze anos. Tornou-se então estagiário de professor em uma escola primária. Entre 1856 e 1861, seguiu cursos e obteve as qualificações necessárias para se tornar professor e diretor de escola primária.[4]
Em 1862, começou a frequentar aulas de matemática, física e astronomia na universidade de sua cidade natal, embora não estivesse qualificado para ser matriculado como estudante regular, em parte devido à falta de educação emlínguas clássicas. No entanto, aUniversidade de Leiden tinha uma disposição que permitia a estudantes externos cursar até quatro disciplinas por ano. Em 1863, o governo neerlandês iniciou um novo tipo de escola secundária (HBS, uma escola voltada para os filhos das classes médias altas). Van der Waals — na época diretor de uma escola primária — queria se tornar professor de HBS em matemática e física e passou dois anos estudando em seu tempo livre para os exames necessários.[10]
Em 1865, foi nomeado professor de física no HBS emDeventer e, em 1866, recebeu uma posição emHaia, que era perto o suficiente de Leiden para permitir que Van der Waals retomasse seus cursos na universidade. Em setembro de 1865, pouco antes de se mudar para Deventer, Van der Waals casou-se com a jovem de dezoito anos Anna Magdalena Smit.[4]
Van der Waals ainda carecia do conhecimento daslínguas clássicas que lhe daria o direito de ingressar na universidade como estudante regular e fazer exames. No entanto, aconteceu que a lei que regulamentava o ingresso na universidade foi alterada e a dispensa do estudo das línguas clássicas poderia ser dada pelo ministro da educação. Van der Waals recebeu esta dispensa e passou nos exames de qualificação em física e matemática paraestudos de doutorado.[4]
Na Universidade de Leiden, em 14 de junho de 1873, defendeu sua tese de doutoradoOver de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (sobre a continuidade do estado gasoso e líquido) sobPieter Rijke. Na tese, introduziu os conceitos de volume molecular e atração molecular.[11]
Em setembro de 1877, Van der Waals foi nomeado o primeiro professor de física na recém-fundadaUniversidade Municipal de Amsterdã. Dois de seus notáveis colegas eram o físico-químicoJacobus Henricus van 't Hoff e o biólogoHugo de Vries. Van der Waals permaneceu na Universidade de Amsterdã até sua aposentadoria aos 70 anos. Foi sucedido por seu filho Johannes Diderik van der Waals, Jr., que também era físico teórico. Em 1910, aos 72 anos, Van der Waals recebeu o Prêmio Nobel de Física. Ele morreu aos 85 anos em 8 de março de 1923.[4]
O principal interesse de Van der Waals estava no campo datermodinâmica. Ele foi influenciado pelo tratado de 1857 deRudolf Clausius intituladoÜber die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen (Sobre o Tipo de Movimento que Chamamos de Calor).[12][13] Van der Waals foi posteriormente muito influenciado pelos escritos deJames Clerk Maxwell,Ludwig Boltzmann eWillard Gibbs. O trabalho de Clausius levou-o a buscar uma explicação para as experiências deThomas Andrews que haviam revelado, em 1869, a existência de temperaturas críticas em fluidos.[14] Ele conseguiu dar uma descrição semiquantitativa dos fenômenos decondensação e temperaturas críticas em sua tese de 1873, intituladaOver de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (Sobre a continuidade do estado gasoso e líquido).[15] Esta dissertação representou um marco na física e foi imediatamente reconhecida como tal, por exemplo, porJames Clerk Maxwell, que a revisou naNature de maneira elogiosa.[16]
Nesta tese, ele derivou a equação de estado que leva seu nome. Este trabalho deu um modelo no qual a fase líquida e a gasosa de uma substância se fundem uma na outra de maneira contínua. Mostra que as duas fases são da mesma natureza. Ao derivar sua equação de estado, Van der Waals assumiu não apenas a existência de moléculas (a existência de átomos era disputada na época), mas também que elas são de tamanho finito e se atraem. Como ele foi um dos primeiros a postular uma força intermolecular, por mais rudimentar que fosse, tal força é agora às vezes chamada deforça de van der Waals.[17]
Uma segunda grande descoberta foi a lei de 1880 dos estados correspondentes, que mostrou que a equação de estado de Van der Waals pode ser expressa como uma função simples da pressão crítica, volume crítico e temperatura crítica. Esta forma geral é aplicável a todas as substâncias (verEquação de van der Waals.) As constantes específicas do compostoa eb na equação original são substituídas por quantidades universais (independentes do composto). Foi esta lei que serviu de guia durante experimentos que levaram àliquefação dohidrogênio porJames Dewar em 1898 e dohélio porHeike Kamerlingh Onnes em 1908.[4]
Em 1890, Van der Waals publicou um tratado sobre aTeoria das Soluções Binárias nos Arquivos Neerlandeses. Relacionando sua equação de estado com asegunda lei da termodinâmica, na forma primeiro proposta por Willard Gibbs, ele foi capaz de chegar a uma representação gráfica de suas formulações matemáticas na forma de uma superfície que chamou de superfície Ψ (Psi), seguindo Gibbs, que usou a letra grega Ψ para aenergia livre de um sistema com diferentes fases em equilíbrio.[4]
Deve-se mencionar também a teoria dacapilaridade de Van der Waals, que em sua forma básica apareceu pela primeira vez em 1893.[18] Em contraste com a perspectivamecânica sobre o assunto fornecida anteriormente porPierre-Simon Laplace, Van der Waals adotou uma abordagem termodinâmica. Isso foi controverso na época, uma vez que a existência de moléculas e seu movimento permanente e rápido não eram universalmente aceitos antes da verificação experimental deJean Baptiste Perrin da explicação teórica deAlbert Einstein domovimento browniano.[19]
Ele se casou com Anna Magdalena Smit em 1865, e o casal teve três filhas (Anne Madeleine,nl, Johanna Diderica) e um filho, o físiconl, que também trabalhou na Universidade de Amsterdã. Jacqueline era uma poetisa de certa nota. O sobrinho de Van der Waals,Peter van der Waals, foi um marceneiro e uma figura de liderança na escola deSapperton, Gloucestershire doMovimento Arts and Crafts. Sua esposa morreu detuberculose aos 34 anos em 1881. Depois de ficar viúvo, Van der Waals nunca se casou novamente e ficou tão abalado com a morte de sua esposa que não publicou nada por cerca de uma década. Ele morreu emAmsterdã em 8 de março de 1923, um ano após a morte de sua filha Jacqueline.[4]
Será perfeitamente claro que em todos os meus estudos eu estava bastante convencido da existência real das moléculas, que nunca as considerei como um fruto de minha imaginação, nem mesmo como meros centros de efeitos de força. Eu as considerei como os corpos reais, assim, o que chamamos de "corpo" na linguagem cotidiana deveria ser melhor chamado de "pseudocorpo". É um agregado de corpos e espaço vazio. Nós não sabemos a natureza de uma molécula consistindo de um único átomo químico. Seria prematuro buscar responder a essa questão, mas admitir essa ignorância de modo algum prejudica a crença em sua existência real. Quando comecei meus estudos, tinha a sensação de que estava quase sozinho em sustentar essa visão. E quando, como ocorreu já no meu tratado de 1873, determinei seu número em um grama-mol, seu tamanho e a natureza de sua ação, fui fortalecido em minha opinião, mas ainda assim muitas vezes surgia em mim a questão se, na análise final, uma molécula é um fruto da imaginação e toda a teoria molecular também. E agora não acho exagero afirmar que a existência real das moléculas é universalmente assumida pelos físicos. Muitos daqueles que mais se opuseram a ela acabaram sendo conquistados, e minha teoria pode ter sido um fator contribuinte. E precisamente isso, sinto, é um passo à frente. Qualquer pessoa familiarizada com os escritos deBoltzmann eWillard Gibbs admitirá que físicos de grande autoridade acreditam que os complexos fenômenos da teoria do calor só podem ser interpretados dessa maneira. É um grande prazer para mim que um número crescente de físicos mais jovens encontre a inspiração para seu trabalho em estudos e contemplações da teoria molecular ...
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— Notas de Johannes D. van der Waals emNobel Lecture,The equation of state for gases and liquids (12 de dezembro de 1910).
↑Parsegian, V. Adrian (2005).Van der Waals Forces: A Handbook for Biologists, Chemists, Engineers, and Physicists. (Cambridge University Press), p. 2. “A primeira evidência clara de forças entre o que logo seriam chamadas de moléculas veio da tese de doutorado de Johannes Diderik van der Waals de 1873, formulando a pressão p, volume V e temperatura T de gases densos.”
↑van der Waals; J. D. (1873).Over de continuiteit van den gas- en vloeistoftoestand (Sobre a Continuidade dos Estados Gasoso e Líquido) (tese de doutorado). [S.l.]: Universiteit Leiden
↑J.D. van der Waals, 1910, "The equation of state for gases and liquids,"Nobel Lectures in Physics, pp. 254–265 (12 de dezembro de 1910), ver[1], acessado em 25 de junho de 2015.
↑Andrews, T. (1869). «The Bakerian Lecture: On the Gaseous State of Matter».Philosophical Transactions of the Royal Society of London.159: 575–590.doi:10.1098/rstl.1869.0021
↑Tang, K.-T.; Toennies, J. P. (2010). «Johannes Diderik van der Waals: A Pioneer in the Molecular Sciences and Nobel Prize Winner in 1910» 50 ed.Angewandte Chemie International Edition.49: 9574–9579.Bibcode:2010ACIE...49.9574T.PMID21077069.doi:10.1002/anie.201002332
↑Van der Waals, J.D. (1893). «Thermodynamische theorie der capillariteit in de onderstelling van continue dichtheidsverandering».Verhand. Kon. Akad. V Wetensch. Amst. Sect. 1 (Holandês; Tradução para o inglês em J. Stat. Phys., 1979, 20:197)
Kipnis, A. Ya.; Yavelov, B. E.; Rowlinson, J. S. (trans.):Van der Waals and Molecular Science. (Oxford: Clarendon Press, 1996)ISBN0-19-855210-6
Sengers, Johanna Levelt:How Fluids Unmix: Discoveries by the School of Van der Waals and Kamerlingh Onnes. (Amsterdã : Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2002)
Shachtman, Tom:Absolute Zero and the Conquest of Cold. (Boston: Houghton Mifflin, 1999)
Van Delft, Dirk:Freezing Physics: Heike Kamerlingh Onnes and the Quest for Cold. (Amsterdã: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2008)
Van der Waals, J. D.: Edited and Intro. J. S. Rowlinson:On the Continuity of the Liquid and Gaseous States. (Nova York: Dover Publications, 2004, 320pp)
Scientists of the Dutch SchoolVan der Waals, Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences
Albert van HeldenJohannes Diderik van der Waals 1837 – 1923 In: K. van Berkel, A. van Helden and L. Palm ed., A History of Science in the Netherlands. Survey, Themes and Reference (Leiden: Brill, 1999) 596 – 598.
