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Ganhadores do Prêmio Nobel


Categoria: FÍSICA

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JOHANNES DIDERIK VAN DER WAALS

"Por seu trabalho com as equações de estado para gases e líquidos."


Estado líquido da matéria
Estado gasoso da matéria

Van der Waals introduziu a ideia de que os estados líquido e gasoso são da mesma natureza, diferindo apenas pela força de coesão entre as moléculas. No líquido, elas deslizam umas sobre as outras, mantendo o volume e variando de formato conforme o recipiente. No gasoso, a união é bem mais fraca, com uma grande liberdade de movimento das moléculas. Neste caso, tanto o volume quanto o formato são variáveis. Para saber mais sobre os estados da matéria, leia nosso artigo sobre o mundo subatômico. [Imagens: Julio Miguel A Enriquez e Monica Muñoz - Lic. CC BY-SA 4.0]


Gabriel Lippmann

A matéria ao nosso redor assume diferentes formas: sólida, líquida ou gasosa. A relação entre volume, pressão e temperatura dos gases já estava formulada desde o século XVII.

Em 1873, o físico holandês Johannes van der Waals (1837 - 1923) promoveu uma inovação no corpo teórico, ao formular uma equação de estado que se aplica tanto a gases quanto a líquidos.

A equação foi apresentada em sua tese de doutorado, de 1873, onde ele pôde demonstrar que esses dois estados de agregação não apenas se fundem um no outro de maneira contínua, mas também que são de fato, da mesma natureza.

A importância desta conclusão de seu primeiro artigo pode ser atestada pelas observações feitas pelo grande físico e matemático escocês James Clerk Maxwell: "...que não pode haver dúvidas de que o nome de Van der Waals logo estará entre os mais importantes da ciência molecular".

Van der Waals introduziu a ideia de que as moléculas se atraem, para explicar por que as leis que governam os gases não se aplicam sob alta pressão, quando eles se tornam líquidos.

O gênio deste destacadíssimo cientista o fez enxergar, a partir da análise de conhecimentos já existentes, a necessidade de levar em conta os volumes das moléculas e as forças intermoleculares ("Forças de Van der Waals", como são chamadas atualmente) no estabelecimento da relação entre pressão, volume e temperatura de gases e líquidos.

Finalmente, em 1880, ele formulou o princípio de que um gás pode ser totalmente descrito se a temperatura crítica na qual ele se liquefaz for conhecida. Foi neste ano que ele enunciou a Lei dos Estados Correspondentes, mostrando que, se a pressão for expressa como uma função simples da pressão crítica, o volume como uma do volume crítico e a temperatura como uma da temperatura crítica, uma forma geral da equação de estado é obtida, a qual é aplicável a todas as substâncias.

Embora a equação de estado de Van der Waals esteja hoje obsoleta, ela significou um grande avanço, fornecendo resultados bem melhores que os das teorias em vigor até então, razão pela qual ele mereceu o Prêmio Nobel de Física de 1910. Outras equações, mais precisas e apenas um pouco mais complexas, são utilizadas atualmente.


Van der Waals
Heike Kamerlingh Onnes (esquerda) e Johannes Diderik van der Waals, em laboratório de Leiden, junto ao "liquefator de hélio", dispositivo usado para a liquefação do gás hélio. [Foto: autor desconhecido, domínio público, via The Nobel Foundation]


Breve biografia acadêmica

Johannes Diderik van der Waals nasceu em 23 de novembro de 1837 em Leyden, Holanda. Após terminar o ensino fundamental em sua cidade natal, ele se tornou professor.

Embora não tivesse conhecimento de línguas clássicas e, portanto, não tivesse permissão para fazer exames acadêmicos, Waals deu continuidade a seus estudos na Universidade de Leyden, em seu tempo livre, de 1862 a 1865 e, com isto, obteve certificados de ensino em Matemática e Física.

Em 1864, foi nomeado professor em uma escola secundária de Deventer e, em 1866, mudou-se para Haia, primeiro como professor e, depois, como diretor de uma escola secundária da cidade.

Mudanças na legislação permitiram que ele fizesse exames universitários e, assim, em 1873, ele obteve seu título de doutor, com uma tese intitulada “Sobre a continuidade dos estados gasoso e líquido”. Nela, Waals apresentou sua equação de estado, abrangendo tanto os gases quanto os líquidos. Posteriormente, em 1880, enunciou a Lei dos Estados Correspondentes, mais uma grande descoberta (dentre outras), aplicável a todas as substâncias. Dez anos depois, foi publicado o primeiro tratado sobre a Teoria das Relações Binárias, onde Waals relaciona sua equação de estado com a Segunda Lei da Termodinâmica, na forma proposta por W. Gibbs.

Van der Waals foi o primeiro professor de Física da Universidade de Amsterdã, posto que assumiu a partir de 1876 e no qual permaneceu até sua aposentadoria, apesar de convites atraentes de outras instituições.

Contribuiu enormemente para o avanço da Ciência, com propostas tais como a de que, nas transições de estado, ocorre uma mudança de densidade gradual, embora rápida, na camada limite entre líquido e vapor, bem como sua noção de que as moléculas estão em movimento rápido e permanente. Ambos os conceitos foram confirmados experimentalmente.

Após receber inúmeras honrarias e homenagens, além do Nobel, Van der Waals faleceu em Amsterdã, no dia 8 de março de 1923.





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