Johannes Diderik van der Waals - Johannes Diderik van der Waals

Johannes van der Waals
Johannes Diderik van der Waals.jpg
Nascer ( 1837-11-23 )23 de novembro de 1837
Leiden , Holanda
Faleceu 8 de março de 1923 (08/03/1923)(85 anos)
Amsterdam , Holanda
Alma mater Universidade de Leiden
Conhecido por Estabelecendo as bases para a física molecular moderna (teoria molecular) Teoria
moderna originada das forças intermoleculares
Lei dos estados correspondentes Lei dos
gases reais
Forças de
Van der Waals Equação de estado de
Van der Waals Raio de
Van der Waals superfície
Molécula de Van der Waals
Prêmios Prêmio Nobel de Física (1910)
Carreira científica
Campos Física teórica , termodinâmica
Instituições Universidade de Amsterdam
Orientador de doutorado Pieter Rijke
Alunos de doutorado Diederik Korteweg
Willem Hendrik Keesom
Influências Rudolf Clausius
Ludwig Boltzmann
Josiah Willard Gibbs
Thomas Andrews
Influenciado Heike Kamerlingh Onnes
Willem Hendrik Keesom
Peter Debye
Zygmunt Florenty Wróblewski
James Dewar
Fritz Londres Ciência molecular
moderna (incluindo física molecular e dinâmica molecular ) Criogenia

Johannes Diderik van der Waals ( pronúncia holandesa: [joːˈɦɑnəz ˈdidərɪk fɑn dər ˈʋaːls] ( ouvir )Sobre este som ; 23 de novembro de 1837 - 8 de março de 1923) foi um físico teórico e termodinamicista holandês famoso por seu trabalho pioneiro na equação de estado para gases e líquidos. Van der Waals começou sua carreira como professor de escola. Ele se tornou o primeiro professor de física da Universidade de Amsterdã quando, em 1877, o antigo Ateneu foi promovido a Universidade Municipal. Van der Waals ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1910 por seu trabalho na equação de estado para gases e líquidos.

Seu nome está associado principalmente à equação de estado de Van der Waals, que descreve o comportamento dos gases e sua condensação na fase líquida . Seu nome também está associado às forças de Van der Waals (forças entre moléculas estáveis ), às moléculas de Van der Waals (pequenos aglomerados moleculares ligados por forças de Van der Waals) e aos raios de Van der Waals (tamanhos das moléculas). Como disse James Clerk Maxwell , "não pode haver dúvida de que o nome de Van der Waals em breve estará entre os mais importantes da ciência molecular ".

Em sua tese de 1873, Van der Waals observou a não idealidade dos gases reais e atribuiu-a à existência de interações intermoleculares . Ele introduziu a primeira equação de estado derivada da suposição de um volume finito ocupado pelas moléculas constituintes. Liderada por Ernst Mach e Wilhelm Ostwald , uma forte corrente filosófica que negava a existência de moléculas surgiu no final do século XIX. A existência molecular foi considerada não comprovada e a hipótese molecular desnecessária. Na época em que a tese de Van der Waals foi escrita (1873), a estrutura molecular dos fluidos não era aceita pela maioria dos físicos, e líquido e vapor eram frequentemente considerados quimicamente distintos. Mas o trabalho de Van der Waals afirmou a realidade das moléculas e permitiu uma avaliação de seu tamanho e força de atração . Sua nova fórmula revolucionou o estudo das equações de estado. Comparando sua equação de estado com dados experimentais, Van der Waals foi capaz de obter estimativas do tamanho real das moléculas e da força de sua atração mútua .

O efeito do trabalho de Van der Waals na física molecular no século 20 foi direto e fundamental. Ao introduzir parâmetros que caracterizam o tamanho molecular e a atração na construção de sua equação de estado , Van der Waals deu o tom para a ciência molecular moderna . Que aspectos moleculares como tamanho, forma, atração e interações multipolares devem formar a base para formulações matemáticas das propriedades termodinâmicas e de transporte de fluidos é atualmente considerado um axioma. Com a ajuda da equação de estado de Van der Waals, os parâmetros do ponto crítico dos gases podiam ser previstos com precisão a partir de medições termodinâmicas feitas em temperaturas muito mais altas. Nitrogênio , oxigênio , hidrogênio e hélio subsequentemente sucumbiram à liquefação . Heike Kamerlingh Onnes foi significativamente influenciado pelo trabalho pioneiro de Van der Waals. Em 1908, Onnes foi o primeiro a produzir hélio líquido ; isso o levou diretamente à descoberta da supercondutividade em 1911 .

Biografia

Primeiros anos e educação

Johannes Diderik van der Waals nasceu em 23 de novembro de 1837 em Leiden, na Holanda. Ele era o mais velho de dez filhos de Jacobus van der Waals e Elisabeth van den Berg. Seu pai era carpinteiro em Leiden. Como era habitual para todas as meninas e meninos da classe trabalhadora no século 19, 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 “educação primária avançada”, que concluiu aos quinze anos. Ele então se tornou um aprendiz de professor em uma escola primária. Entre 1856 e 1861 frequentou cursos e obteve as qualificações necessárias para se tornar professor de escola primária e diretor da escola.

Em 1862, ele começou a assistir a aulas de matemática, física e astronomia na universidade de sua cidade natal, embora não estivesse qualificado para ser matriculado como aluno regular em parte por causa de sua falta de educação em línguas clássicas . No entanto, a Universidade de Leiden tinha uma disposição que permitia a alunos externos fazer até quatro cursos por ano. Em 1863, o governo holandês iniciou um novo tipo de escola secundária (HBS, uma escola destinada às crianças das classes médias altas). Van der Waals - na época chefe de uma escola primária - queria se tornar um professor de matemática e física da HBS e passou dois anos estudando em seu tempo livre para os exames exigidos.

Em 1865, foi nomeado professor de física na HBS em Deventer e, em 1866, recebeu o cargo em Haia , que era próximo o suficiente de Leiden para permitir que Van der Waals retomasse seus cursos na universidade local. Em setembro de 1865, pouco antes de se mudar para Deventer, Van der Waals casou-se com Anna Magdalena Smit, de dezoito anos.

Cátedra

Van der Waals ainda não tinha o conhecimento das línguas clássicas que lhe dariam o direito de ingressar na universidade como aluno regular e fazer exames. Acontece, porém, que a lei do ingresso na universidade foi alterada e o ministro da Educação dispensou o estudo das línguas clássicas. Van der Waals recebeu essa dispensa e foi aprovado nos exames de qualificação em física e matemática para estudos de doutorado .

Na Universidade de Leiden, em 14 de junho de 1873, ele defendeu sua tese de doutorado Over de Continuïteit van den Gas-en Vloeistoftoestand (sobre a continuidade do estado gasoso e líquido) sob Pieter Rijke . Na tese, ele introduziu os conceitos de volume molecular e atração molecular.

Em setembro de 1877, Van der Waals foi nomeado o primeiro professor de física na recém-fundada Universidade Municipal de Amsterdã . Dois de seus colegas notáveis ​​foram o físico-químico Jacobus Henricus van 't Hoff e o biólogo Hugo de Vries . Até sua aposentadoria aos 70 anos, Van der Waals permaneceu na Universidade de Amsterdã. Ele foi sucedido por seu filho Johannes Diderik van der Waals, Jr., que também era um 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.

Trabalho científico

O principal interesse de Van der Waals era no campo da termodinâmica . Ele foi influenciado pelo tratado de Rudolf Clausius de 1857 intitulado Über die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen ( Sobre o tipo de movimento que chamamos de calor ). Van der Waals foi mais tarde muito influenciado pelos escritos de James Clerk Maxwell , Ludwig Boltzmann e Willard Gibbs . O trabalho de Clausius o levou a buscar uma explicação para os experimentos de Thomas Andrews que haviam revelado, em 1869, a existência de temperaturas críticas nos fluidos. Ele conseguiu dar uma descrição semiquantitativa dos fenômenos de condensação e temperaturas críticas em sua tese de 1873, intitulada Over de Continuïteit van den Gassen Vloeistoftoestand (Sobre a continuidade do estado gasoso e líquido). Esta dissertação representou uma marca registrada na física e foi imediatamente reconhecida como tal, por exemplo, por James Clerk Maxwell, que a revisou na Nature de maneira elogiosa.

Nesta tese, ele derivou a equação de estado que leva seu nome. Este trabalho deu um modelo em que o líquido e a fase gasosa de uma substância se fundem de maneira contínua. Mostra que as duas fases são da mesma natureza. Ao derivar sua equação de estado, Van der Waals presumiu não apenas a existência de moléculas (a existência de átomos foi contestada na época), mas também que elas são de tamanho finito e se atraem. Como ele foi um dos primeiros a postular uma força intermolecular, embora rudimentar, essa força é às vezes chamada de força de Van der Waals .

Uma segunda descoberta importante foi a Lei dos Estados Correspondentes de 1880, 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 (veja a equação de Van der Waals ). As constantes específicas do composto a e b na equação original são substituídas por quantidades universais (independentes do composto). Foi essa lei que serviu de guia durante os experimentos que levou à liquefação do hidrogênio por James Dewar em 1898 e do hélio por Heike Kamerlingh Onnes em 1908.

Em 1890, Van der Waals publicou um tratado sobre a Teoria das Soluções Binárias nos Arquivos Néerlandaises. Ao relacionar sua equação de estado com a Segunda Lei da Termodinâmica , na forma inicialmente 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 Ψ (Psi) superfície seguinte Gibbs, que usou a letra grega Ψ para a energia livre de um sistema com diferentes fases em equilíbrio.

Também deve ser feita menção à teoria da capilaridade de Van der Waals , que em sua forma básica apareceu pela primeira vez em 1893. Em contraste com a perspectiva mecânica sobre o assunto fornecida anteriormente por Pierre-Simon Laplace , Van der Waals adotou uma abordagem termodinâmica. Isso era controverso na época, uma vez que a existência de moléculas e seu movimento rápido e permanente não eram universalmente aceitos antes da verificação experimental de Jean Baptiste Perrin da explicação teórica de Albert Einstein do movimento browniano .

Vida pessoal

Ele se casou com Anna Magdalena Smit em 1865, e o casal teve três filhas (Anne Madeleine, Jacqueline E. van der Waals  [ nl ] , Johanna Diderica) e um filho, o físico Johannes Diderik van der Waals, Jr.  [ nl ] Jacqueline era um poeta de alguma nota. Van der Waals sobrinho de Peter van der Waals era um marceneiro e uma figura de liderança no Sapperton, Gloucestershire escola do movimento Arts and Crafts . A esposa de Johannes van der Waals morreu de tuberculose 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 em Amsterdã em 8 de março de 1923, um ano após a morte de sua filha Jacqueline.

Honras

Van der Waals recebeu inúmeras homenagens e distinções, além de ganhar o Prêmio Nobel de Física de 1910. Ele recebeu um doutorado honorário da Universidade de Cambridge ; foi nomeado membro honorário da Imperial Society of Naturalists de Moscou , da Royal Irish Academy e da American Philosophical Society (1916); Membro Correspondente do Institut de France e da Royal Academy of Sciences de Berlin ; Membro Associado da Royal Academy of Sciences da Bélgica ; e Membro Estrangeiro da Chemical Society of London , da National Academy of Sciences dos Estados Unidos (1913) e da Accademia dei Lincei de Roma. Van der Waals tornou-se membro da Real Academia Holandesa de Artes e Ciências em 1875. De 1896 a 1912, foi secretário desta sociedade. Além disso, foi eleito membro honorário da Sociedade Química da Holanda em 1912.

Citações relacionadas

Não pode haver dúvida de que o nome de Van der Waals em breve estará entre os mais importantes da ciência molecular,

-  Comentários de James Clerk Maxwell na revista Nature (1873).

Ficará perfeitamente claro que em todos os meus estudos eu estava bastante convencido da existência real das moléculas, que nunca as considerei uma invenção da minha imaginação, nem mesmo como meros centros de efeitos de força. Eu os considerava os corpos reais, portanto, o que chamamos de "corpo" na linguagem cotidiana deveria ser melhor chamado de "pseudo corpo". É um agregado de corpos e espaços vazios. Não sabemos a natureza de uma molécula que consiste em um único átomo químico. Seria prematuro tentar responder a essa pergunta, mas admitir que essa ignorância de forma alguma prejudica a crença em sua existência real. Quando comecei meus estudos, tive a sensação de que estava quase sozinho ao sustentar essa visão. E quando, como já ocorreu em 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 dentro de mim a questão se no final a análise de uma molécula é fruto da imaginação e de toda a teoria molecular também. E agora não acho exagero afirmar que a existência real das moléculas é universalmente assumida pelos físicos. Muitos dos que mais se opuseram a ela acabaram sendo conquistados, e minha teoria pode ter contribuído para isso. E precisamente isso, eu sinto, é um passo em frente. Qualquer pessoa familiarizada com os escritos de Boltzmann e Willard Gibbs admitirá que os físicos com grande autoridade acreditam que os fenômenos complexos da teoria do calor só podem ser interpretados dessa maneira. É para mim um grande prazer que um número cada vez maior de jovens físicos encontre inspiração para seus trabalhos nos estudos e contemplações da teoria molecular ...

-  Notas de Johannes D. van der Waals na Conferência Nobel , A equação de estado para gases e líquidos (12 de dezembro de 1910).

Veja também

Notas

Referências

Citações

Fontes

Leitura adicional

  • Kipnis, A. Ya .; Yavelov, BE; Rowlinson, JS (trad.): Van der Waals and Molecular Science . (Oxford: Clarendon Press, 1996) ISBN  0-19-855210-6
  • Sengers, Johanna Levelt: How Fluids Unmix: Discoveries by the School of Van der Waals e Kamerlingh Onnes . (Amsterdã: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2002)
  • Shachtman, Tom: Zero Absoluto e a Conquista do Frio . (Boston: Houghton Mifflin, 1999)
  • Van Delft, Dirk: Física congelante: Heike Kamerlingh Onnes e a busca pelo frio . (Amsterdã: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2008)
  • Van der Waals, JD: Editado e Introdução. JS Rowlinson: On the Continuity of the Liquid and Gasous States . (Nova York: Dover Publications, 2004, 320 pp)

links externos