Équation d'état de van der Waals

En physique, et plus particulièrement en thermodynamique, l’équation d'état de van der Waals est une équation d'état des fluides réels proposée par le physicien Johannes Diderik van der Waals en 1873. Elle lui valut le prix Nobel de physique en 1910 La contribution fondamentale de van der Waals fut de modifier la loi des gaz parfaits en introduisant phénoménologiquement la taille finie des molécules ainsi que l'interaction attractive entre celles-ci. Le modèle des gaz parfaits, en effet, ne considère les particules que comme des sphères dures n'interagissant entre elles que par collision. Cette équation d'état peut également être établie à partir de la physique statistique. Concernant la taille des molécules, on peut déduire de l'équation de van der Waals le rayon de van der Waals. Les interactions à distance entre molécules sont appelées forces de van der Waals. L'équation d'état de van der Waals fut historiquement une avancée considérable par rapport à l'équation des gaz parfaits, puisque, en plus de décrire le comportement d'un gaz réel plus précisément que le modèle des gaz parfaits (notamment les variations de température lors d'une détente de Joule-Thomson), cette équation décrit qualitativement la transition de phase liquide-gaz et présente un point critique. Elle guida Kamerlingh Onnes dans ses travaux sur la liquéfaction de l'hélium (1908) et fut à l'origine d'une véritable course au froid dans le but d'atteindre le zéro absolu. Grâce à sa simplicité d'utilisation, cette équation fut modifiée et améliorée à de nombreuses reprises, elle est la première d'une famille d'équations appelées équations d'état cubiques, parmi lesquelles on peut citer les plus connues : celle de Redlich-Kwong (1949), modifiée par Soave (1972), et celle de Peng-Robinson (1976). L'équation d'état de van der Waals s'écrit sous forme extensive : Forme extensive : ou explicitement en pression : avec : le terme de cohésion (constant) ; le covolume molaire (constant) ; la quantité de matière (nombre de moles) ; la pression ; la constante universelle des gaz parfaits ; la température absolue ; le volume.