Јоханес Дидерик ван дер Валс
Јоханес Дидерик ван дер Валс (хол. Johannes Diderik van der Waals; Лајден, 23. новембар 1837 — Амстердам, 8. март 1923) био је познати холандски физичар и математичар. Област његовог интересовања је била термодинамика. Открио је да међумолекулске силе (Ван дер Валсове силе) успостављају везу између притиска, запремине и температуре гасова и течности.
| Јоханес ван дер Валс | |
|---|---|
 Јоханес ван дер Валс (1888—1966) | |
| Лични подаци | |
| Датум рођења | 23. новембар 1837. |
| Место рођења | Лајден, Холандија |
| Датум смрти | 8. март 1923. (85 год.) |
| Место смрти | Амстердам, Холандија |
| Образовање | Универзитет у Лајдену |
| Научни рад | |
| Поље | физика |
| Институција | Универзитет у Амстердаму |
| Познат по | Ван дер Валсова једначина стања, интермолекуларне силе |
| Награде |  Нобелова награда за физику (1910) |
Његово име је првенствено повезано са ван дер Валсовом једначином стања која описује понашање гасова и њихову кондензацију у течну фазу. Његово име се такође повезује са ван дер Валсовим силама (силе између стабилних молекула),[1] са ван дер Валсовим молекулима (мали молекуларни кластери везани ван дер Валсовим силама), и са ван дер Валсовим радијусима (величине молекула). Као што је Џејмс Клерк Максвел рекао о Ван дер Валсу, „нема сумње да ће име Ван дер Валса ускоро бити међу првима у молекуларној науци”.[2]
У својој тези из 1873. године, ван дер Валс је приметио неидеалност реалних гасова и приписао то постојању интермолекуларних интеракција. Он је увео прву једначину стања изведену претпоставком коначне запремине коју заузимају саставни молекули.[3] Предвођена Ернстом Махом и Вилхелмом Освалдом, снажна филозофска струја која је порицала постојање молекула појавила се крајем 19. века. Молекуларно постојање сматрано је недоказаним, а молекуларна хипотеза непотребном. У време када је написана ван дер Валсова теза (1873), већина физичара није прихватила молекуларну структуру флуида, а течност и пара се често сматрани хемијски различитим. Међутим, ван дер Валсов рад је потврдио стварност молекула и омогућио процену њихове величине и атрактивне снаге. Његова нова формула револуционисала је проучавање једначина стања. Поредећи своју једначину стања са експерименталним подацима, Ван дер Валс је био у стању да добије процене за стварну величину молекула и снагу њихове међусобне привлачности.[4]
Утицај Ван дер Валсовог рада на молекуларну физику у 20. веку био је директан и фундаментални.[5] Увођењем параметара који карактеришу величину молекула и привлачност у конструкцији његове једначине стања, Ван дер Валс је поставио тон модерној молекуларној науци. Да би молекуларни аспекти, као што су величина, облик, привлачност и мултиполарне интеракције, требало да чине основу за математичке формулације термодинамичких и транспортних својстава флуида, данас се сматра аксиомом.[6] Помоћу ван дер Валсове једначине стања, параметри критичних тачака гасова могу се тачно предвидети из термодинамичких мерења на много вишим температурама. Азот, кисеоник, водоник и хелијум су потом подлегли утечњавању. Хејке Камерлинг Онес је био под значајним утицајем пионирског рада ван дер Валса. Године 1908, Онес је постао први који је произвео течни хелијум; ово је директно довело до његовог открића суперпроводљивости из 1911. године.[7]
Ван дер Валс је своју каријеру започео као школски наставник. Постао је први професор физике на Универзитету у Амстердаму када је 1877. стари Атенаум надограђен на општински универзитет. Добитник је Нобелове награде за физику за 1910. за допринос теорији стања гасова и течности.[2]
Научни рад
уредиГлавно интересовање Ван дер Валса било је у области термодинамике. На њега је утицала расправа Рудолфа Клаузијуса из 1857. под насловом Über die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen (О врсти кретања коју називамо топлотом).[8][9] Ван дер Валс је касније био под великим утицајем списа Џејмса Клерка Максвела, Лудвига Болцмана и Виларда Гибса. Клаузијусов рад га је навео да потражи објашњење експеримената Томаса Ендруза који су 1869. открили постојање критичних температура у течностима.[10] Он је успео је да формулише полуквантитативни опис феномена кондензације и критичних температура у својој тези из 1873. године под насловом Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (О континуитету гасовитог и течног стања).[11] Ова дисертација је представљала прекретницу у физици и као таква је одмах призната, нпр. од стране Џејмса Клерка Максвела који је написао похвалан преглед о том раду у часопису Nature.[12]
У овој тези извео је једначину стања која носи његово име. Овај рад је дао модел у коме се течна и гасовита фаза супстанце стапају једна у другу на континуиран начин. То показује да су две фазе исте природе. Изводећи своју једначину стања Ван дер Валс је претпоставио не само постојање молекула (постојање атома је у то време било спорно[13]), већ и да су они коначне величине и да се привлаче. Пошто је био један од првих који је претпоставио међумолекуларну силу, колико год била рудиментарна, таква сила се сада понекад назива Ван дер Валсова сила.
Друго велико откриће био је Закон о одговарајућим стањима из 1880. године, који је показао да се Ван дер Валсова једначина стања може изразити као једноставна функција критичног притиска, критичне запремине и критичне температуре. Овај општи облик је применљив на све супстанце (погледајте Ван дер Валсову једначину). Константе специфичне за једињење a и b у оригиналној једначини су замењене универзалним (независним од једињења) величинама. Управо је овај закон послужио као водич током експеримената који су на крају довели до утечњавања водоника Џејмса Дјуара 1898. и хелијума Хајке Камерлинг Онеса 1908. године.
Ван дер Валс је 1890. године објавио расправу о Теорији бинарних решења у часопису Archives Néerlandaises. Повезујући своју једначину стања са Другим законом термодинамике, у облику који је први предложио Вилард Гибс, успео је да дође до графичког приказа својих математичких формулација у облику површине коју је назвао Ψ (пси) површина следећи Гибса, који је користио грчко слово Ψ за слободну енергију система са различитим фазама у равнотежи.
Треба поменути и Ван дер Валсову теорију капиларности, која се у свом основном облику први пут појавила 1893. године.[14] За разлику од механичке перспективе на ову тему коју је раније дао Пјер-Симон Лаплас,[15] Ван дер Валс је заузео термодинамички приступ. Ово је у то време било контроверзно, пошто постојање молекула и њихово трајно, брзо кретање нису били универзално прихваћени пре него што је Жан Батист Перин експериментално потврдио теоријско објашњење Брауновског кретања Алберта Ајнштајна.
Види још
уредиРеференце
уреди- ^ Parsegian, V. Adrian (2005). Van der Waals Forces: A Handbook for Biologists, Chemists, Engineers, and Physicists. стр. 2.. (Cambridge University Press),. “The first clear evidence of forces between what were soon to be called molecules came from Johannes Diderik van der Waals' 1873 Ph.D. thesis formulation of the pressure p, volume V, and temperature T of dense gases.”
- ^ а б Johannes Diderik van der Waals - Biographical - Nobelprize.org
- ^ van der Waals; J. D. (1873). Over de continuiteit van den gas- en vloeistoftoestand (On the Continuity of the Gaseous and Liquid States) (doctoral dissertation). Universiteit Leiden.
- ^ Sengers 2002, стр. 16
- ^ Kipnis, Yavelov & Rowlinson 1996
- ^ Sengers 2002, стр. 255–256
- ^ Blundell, Stephen (2009). Superconductivity: A Very Short Introduction (1st изд.). Oxford University Press. стр. 20.
- ^ J.D. van der Waals, 1910, "The equation of state for gases and liquids," Nobel Lectures in Physics, pp. 254–265 (December 12, 1910), see [1], accessed 25 June 2015.
- ^ Clausius, R. (1857). „Über die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen”. Annalen der Physik. 176 (3): 353—380. Bibcode:1857AnP...176..353C. doi:10.1002/andp.18571760302.
- ^ 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 .
- ^ Van der Waals, JD (1873) Over de Continuiteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (on the continuity of the gas and liquid state). PhD thesis, Leiden, The Netherlands.
- ^ Maxwell, J.C. (1874). „Van der Waals on the Continuity of Gaseous and Liquid States”. Nature. 10 (259): 477—480. Bibcode:1874Natur..10..477C. S2CID 4046639. doi:10.1038/010477a0.
- ^ Tang, K.-T.; Toennies, J. P. (2010). „Johannes Diderik van der Waals: A Pioneer in the Molecular Sciences and Nobel Prize Winner in 1910”. Angewandte Chemie International Edition. 49 (50): 9574—9579. PMID 21077069. 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 (Dutch; English Translation in J. Stat. Phys., 1979, 20:197).
- ^ Laplace, P.S. (1806). Sur l'action capillaire (Suppl. au livre X, Traité de Mécanique Céleste). Crapelet; Courcier; Bachelier, Paris.
Литература
уреди- Kipnis, A. Ya.; Yavelov, B. E.; Rowlinson (1996). Van der Waals and Molecular Science. Oxford: Clarendon Press. ISBN 978-0-19-855210-9.
- Sengers, Johanna Levelt: How Fluids Unmix: Discoveries by the School of Van der Waals and Kamerlingh Onnes (Edita - History of Science and Scholarship in the Netherlands). (Edita-the Publishing House of the Royal, 2002, 318pp)
- Shachtman, Tom (1999). Absolute Zero and the Conquest of Cold. Boston: Houghton Mifflin.
- Van Delft, Dirk: Freezing Physics: Heike Kamerlingh Onnes and the Quest for Cold. (Edita-the Publishing House of the Royal, 2008, 592pp)
- Van der Waals, J. D.: Edited and Intro. J. S. Rowlinson: On the Continuity of the Liquid and Gaseous States. (New York: Dover Publications, 2004, 320pp)
- Chandler, David (1987). Introduction to Modern Statistical Mechanics. Oxford: Oxford University Press. стр. 287—295. ISBN 0195042778.
- Cross, Michael (2004), „Lecture 3: First Order Phase Transitions”, Physics 127: Statistical Physics, Second Term, Pasadena, California: Division of Physics, Mathematics, and Astronomy, California Institute of Technology, Архивирано из оригинала (PDF) 22. 09. 2023. г., Приступљено 18. 02. 2023.
- Dalgarno, A.; Davison, W.D. (1966). „The Calculation of Van Der Waals Interactions”. Advances in Atomic and Molecular Physics. 2: 1—32. Bibcode:1966AdAMP...2....1D. ISBN 9780120038022. doi:10.1016/S0065-2199(08)60216-X.
- Kittel, Charles; Kroemer, Herbert (1980). Thermal Physics (Revised изд.). New York: Macmillan. стр. 287–295. ISBN 0716710889.
- Huheey, James E.; Keiter, Ellen A.; Keiter, Richard L. (1997). Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity (4th изд.). New York: Prentice Hall. ISBN 978-0-06-042995-9.
Спољашње везе
уреди- Нобелова награда за физику 1910.
- Биографија на сајту Нобелове фондације
- Scientists of the Dutch School Van der Waals, Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences
- Albert van Helden (1999). „Johannes Diderik van der Waals 1837 – 1923”. Ур.: K. van Berkel, A. van Helden and L. Palm. A History of Science in the Netherlands. Leiden: Brill. стр. 596—598.. Survey, Themes and Reference.
- Museum Boerhaave „Negen Nederlandse Nobelprijswinnaars” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 7. 6. 2011. г. (2.32 MiB)
- H.A.M. Snelders, Waals Sr., Johannes Diderik van der (1837–1923), in Biografisch Woordenboek van Nederland.
- Biography of Johannes Diderik van der Waals (1837–1923) at the National Library of the Netherlands.
