Johannes Diderik van der Waals - Johannes Diderik van der Waals

Johannes van der Waals
Nació	( 23/11/1837 )23 de noviembre de 1837 Leiden , Holanda
Murió	8 de marzo de 1923 (8 de marzo de 1923)(85 años) Amsterdam , Holanda
alma mater	Universidad de Leiden
Conocido por	Sentar las bases de la física molecular moderna (teoría molecular) Origen de la teoría moderna de las fuerzas intermoleculares Ley de los estados correspondientes Ley de los gases reales Fuerzas de Van der Waals Ecuación de estado de Van der Waals Radio de Van der Waals Superficie de Van der Waals Molécula de Van der Waals
Premios	Premio Nobel de Física (1910)
Carrera científica
Los campos	Física teórica , termodinámica
Instituciones	Universidad de Amsterdam
Asesor de doctorado	Pieter Rijke
Estudiantes de doctorado	Diederik Korteweg Willem Hendrik Keesom
Influencias	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 Ciencia molecular moderna (incluidas la física molecular y la dinámica molecular ) Criogenia

Johannes Diderik van der Waals ( pronunciación holandesa: [joːˈɦɑnəz ˈdidərɪk fɑn dər ˈʋaːls] ( escuchar ) ; 23 de noviembre de 1837 - 8 de marzo de 1923) fue un físico teórico y termodinámico holandés famoso por su trabajo pionero en la ecuación de estado para gases y líquidos. Van der Waals comenzó su carrera como maestro de escuela. Se convirtió en el primer profesor de física de la Universidad de Ámsterdam cuando en 1877 el antiguo Ateneo fue ascendido a Universidad Municipal. Van der Waals ganó el Premio Nobel de Física en 1910 por su trabajo sobre la ecuación de estado para gases y líquidos.

Su nombre se asocia principalmente con la ecuación de estado de Van der Waals que describe el comportamiento de los gases y su condensación a la fase líquida . Su nombre también está asociado con las fuerzas de Van der Waals (fuerzas entre moléculas estables ), con las moléculas de Van der Waals (pequeños grupos moleculares unidos por las fuerzas de Van der Waals) y con los radios de Van der Waals (tamaños de moléculas). Como dijo James Clerk Maxwell , "no cabe duda de que el nombre de Van der Waals pronto estará entre los más destacados de la ciencia molecular ".

En su tesis de 1873, Van der Waals señaló la no idealidad de los gases reales y la atribuyó a la existencia de interacciones intermoleculares . Introdujo la primera ecuación de estado derivada del supuesto de un volumen finito ocupado por las moléculas constituyentes. Encabezada por Ernst Mach y Wilhelm Ostwald , a finales del siglo XIX surgió una fuerte corriente filosófica que negaba la existencia de moléculas . La existencia molecular se consideró no probada y la hipótesis molecular innecesaria. Cuando se escribió la tesis de Van der Waals (1873), la mayoría de los físicos no aceptaba la estructura molecular de los fluidos , y el líquido y el vapor a menudo se consideraban químicamente distintos. Pero el trabajo de Van der Waals afirmó la realidad de las moléculas y permitió una evaluación de su tamaño y fuerza atractiva . Su nueva fórmula revolucionó el estudio de las ecuaciones de estado. Al comparar su ecuación de estado con datos experimentales, Van der Waals pudo obtener estimaciones del tamaño real de las moléculas y la fuerza de su atracción mutua .

El efecto del trabajo de Van der Waals sobre la física molecular en el siglo XX fue directo y fundamental. Al introducir parámetros que caracterizan el tamaño molecular y la atracción al construir su ecuación de estado , Van der Waals marcó el tono de la ciencia molecular moderna . Actualmente se considera un axioma que aspectos moleculares como el tamaño, la forma, la atracción y las interacciones multipolares deben formar la base de las formulaciones matemáticas de las propiedades termodinámicas y de transporte de los fluidos . Con la ayuda de la ecuación de estado de Van der Waals, los parámetros de punto crítico de los gases podrían predecirse con precisión a partir de mediciones termodinámicas realizadas a temperaturas mucho más altas. Posteriormente , el nitrógeno , el oxígeno , el hidrógeno y el helio sucumbieron a la licuefacción . Heike Kamerlingh Onnes fue influenciado significativamente por el trabajo pionero de Van der Waals. En 1908, Onnes se convirtió en el primero en producir helio líquido ; esto lo llevó directamente a su descubrimiento de la superconductividad en 1911 .

Biografía

Primeros años y educación

Johannes Diderik van der Waals nació el 23 de noviembre de 1837 en Leiden, Países Bajos. Era el mayor de diez hijos de Jacobus van der Waals y Elisabeth van den Berg. Su padre era carpintero en Leiden. Como era habitual para todas las niñas y los niños de la clase trabajadora en el siglo XIX, no asistió al tipo de escuela secundaria que le hubiera dado el derecho a ingresar a la universidad. En cambio, fue a una escuela de "educación primaria avanzada", que terminó a la edad de quince años. Luego se convirtió en aprendiz de maestro en una escuela primaria. Entre 1856 y 1861 siguió cursos y obtuvo las calificaciones necesarias para convertirse en maestro de escuela primaria y director de escuela.

En 1862, comenzó a asistir a clases de matemáticas, física y astronomía en la universidad de su ciudad natal, aunque no estaba calificado para inscribirse como estudiante regular en parte debido a su falta de educación en lenguas clásicas . Sin embargo, la Universidad de Leiden tenía una disposición que permitía a los estudiantes externos tomar hasta cuatro cursos al año. En 1863, el gobierno holandés inició un nuevo tipo de escuela secundaria (HBS, una escuela dirigida a los niños de las clases medias altas). Van der Waals, en ese momento director de una escuela primaria, quería convertirse en maestro de matemáticas y física de HBS y pasó dos años estudiando en su tiempo libre para los exámenes requeridos.

En 1865, fue nombrado profesor de física en la HBS en Deventer y en 1866 obtuvo un puesto de este tipo en La Haya , que estaba lo suficientemente cerca de Leiden como para permitir que Van der Waals reanudara sus estudios en la universidad de allí. En septiembre de 1865, poco antes de mudarse a Deventer, Van der Waals se casó con Anna Magdalena Smit, de dieciocho años.

Cátedra

Van der Waals todavía carecía del conocimiento de las lenguas clásicas que le hubieran dado el derecho a ingresar a la universidad como estudiante regular y a tomar exámenes. Sin embargo, sucedió que se modificó la ley que regulaba el acceso a la universidad y el ministro de educación pudo dispensar el estudio de las lenguas clásicas. Van der Waals recibió esta dispensa y aprobó los exámenes de calificación en física y matemáticas para estudios de doctorado .

En la Universidad de Leiden, el 14 de junio de 1873, defendió su tesis doctoral Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (sobre la continuidad del estado gaseoso y líquido) bajo la dirección de Pieter Rijke . En la tesis, introdujo los conceptos de volumen molecular y atracción molecular.

En septiembre de 1877, Van der Waals fue nombrado primer profesor de física en la recién fundada Universidad Municipal de Ámsterdam . Dos de sus notables colegas fueron el físico químico Jacobus Henricus van 't Hoff y el biólogo Hugo de Vries . Hasta su jubilación a la edad de 70 años, Van der Waals permaneció en la Universidad de Amsterdam. Fue sucedido por su hijo Johannes Diderik van der Waals, Jr., quien también era físico teórico. En 1910, a la edad de 72 años, Van der Waals recibió el Premio Nobel de Física. Murió a la edad de 85 años el 8 de marzo de 1923.

Trabajo científico

Termodinámica
El motor térmico clásico de Carnot
Sucursales Clásico Estadístico Químico Termodinámica cuántica Equilibrio  / No equilibrio
Leyes Zeroth Primero Segundo Tercera
Sistemas Sistema cerrado Sistema aislado Estado Ecuación de estado Gas ideal Gas real Estado de la materia Fase (materia) Equilibrio Control de volumen Instrumentos Procesos Isobárico Isocórico Isotermo Adiabático Isentrópico Isenthalpic Cuasiestático Politrópico Expansión libre Reversibilidad Irreversibilidad Endoreversibilidad Ciclos Motores térmicos Bombas de calor Eficiencia térmica
Propiedades del sistema Nota: Variables conjugadas en cursiva Diagramas de propiedades Propiedades intensivas y extensas Funciones de proceso Trabaja Calor Funciones del estado Temperatura  / Entropía  ( introducción ) Presión  / Volumen Potencial químico  / Número de partículas Calidad de vapor Propiedades reducidas
Propiedades materiales Bases de datos de propiedades Capacidad calorífica específica  ${\ Displaystyle c =}$ ${\ Displaystyle T}$ ${\ Displaystyle \ parcial S}$ ${\ Displaystyle N}$ ${\ Displaystyle \ parcial T}$ Compresibilidad  ${\ Displaystyle \ beta = -}$ ${\ Displaystyle 1}$ ${\ Displaystyle \ V parcial}$ ${\ Displaystyle V}$ ${\ Displaystyle \ parcial p}$ Expansión térmica  ${\ Displaystyle \ alpha =}$ ${\ Displaystyle 1}$ ${\ Displaystyle \ V parcial}$ ${\ Displaystyle V}$ ${\ Displaystyle \ parcial T}$
Ecuaciones Teorema de carnot Teorema de clausius Relación fundamental Ley de los gases ideales Relaciones de Maxwell Onsager relaciones recíprocas Ecuaciones de Bridgman Tabla de ecuaciones termodinámicas
Potenciales Energía gratis Entropía libre
Historia Cultura Historia General Entropía Leyes de los gases Máquinas de "movimiento perpetuo" Filosofía Entropía y tiempo Entropía y vida Trinquete browniano Demonio de Maxwell Paradoja de la muerte por calor La paradoja de Loschmidt Sinergética Teorías Teoría calórica Vis viva ("fuerza viva") Equivalente mecánico del calor Poder de motivación Publicaciones clave " Una investigación experimental sobre ... el calor " " Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas " " Reflexiones sobre la fuerza motriz del fuego " Líneas de tiempo Termodinámica Motores térmicos Arte Educación Superficie termodinámica de Maxwell Entropía como dispersión de energía
Científicos Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson Van der Waals Waterston
Otro Nucleación Autoensamblaje Autoorganización Orden y desorden
Categoría
v t mi

El principal interés de Van der Waals estaba en el campo de la termodinámica . Fue influenciado por el tratado de 1857 de Rudolf Clausius titulado Über die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen ( Sobre el tipo de movimiento que llamamos calor ). Posteriormente, Van der Waals recibió una gran influencia de los escritos de James Clerk Maxwell , Ludwig Boltzmann y Willard Gibbs . El trabajo de Clausius lo llevó a buscar una explicación de los experimentos de Thomas Andrews que habían revelado, en 1869, la existencia de temperaturas críticas en los fluidos. Logró dar una descripción semicuantitativa de los fenómenos de condensación y temperaturas críticas en su tesis de 1873, titulada Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (Sobre la continuidad del estado gaseoso y líquido). Esta disertación representó un sello distintivo en la física y fue inmediatamente reconocida como tal, por ejemplo, por James Clerk Maxwell, quien la revisó en Nature de manera elogiosa.

En esta tesis derivó la ecuación de estado que lleva su nombre. Este trabajo proporcionó un modelo en el que la fase líquida y gaseosa de una sustancia se fusionan entre sí de manera continua. Muestra que las dos fases son de la misma naturaleza. Al derivar su ecuación de estado, Van der Waals asumió no solo la existencia de moléculas (la existencia de átomos fue discutida en ese momento), sino también que son de tamaño finito y se atraen entre sí. Dado que fue uno de los primeros en postular una fuerza intermolecular, por rudimentaria que fuera, esa fuerza ahora se denomina a veces fuerza de Van der Waals .

Un segundo descubrimiento importante fue la Ley de los Estados Correspondientes de 1880, que mostró que la ecuación de estado de Van der Waals se puede expresar como una función simple de la presión crítica, el volumen crítico y la temperatura crítica. Esta forma general es aplicable a todas las sustancias (ver Van der Waals ecuación ). Los compuestos constantes específicas de una y b en la ecuación original se sustituyen por cantidades (compuesto-independiente) universales. Fue esta ley la que sirvió de guía durante los experimentos que finalmente llevaron a la licuefacción del hidrógeno por James Dewar en 1898 y del helio por Heike Kamerlingh Onnes en 1908.

En 1890, Van der Waals publicó un tratado sobre la teoría de las soluciones binarias en los Archives Néerlandaises. Al relacionar su ecuación de estado con la Segunda Ley de la Termodinámica , en la forma propuesta por primera vez por Willard Gibbs, pudo llegar a una representación gráfica de sus formulaciones matemáticas en la forma de una superficie a la que llamó superficie Ψ (Psi) siguiendo Gibbs, quien usó la letra griega Ψ para la energía libre de un sistema con diferentes fases en equilibrio.

También debe mencionarse la teoría de la capilaridad de Van der Waals , que en su forma básica apareció por primera vez en 1893. En contraste con la perspectiva mecánica sobre el tema proporcionada anteriormente por Pierre-Simon Laplace , Van der Waals adoptó un enfoque termodinámico. Esto fue controvertido en ese momento, ya que la existencia de moléculas y su movimiento rápido y permanente no eran universalmente aceptadas antes de la verificación experimental de Jean Baptiste Perrin de la explicación teórica de Albert Einstein del movimiento browniano .

Vida personal

Se casó con Anna Magdalena Smit en 1865, y la pareja tuvo tres hijas (Anne Madeleine, Jacqueline E. van der Waals  [ nl ] , Johanna Diderica) y un hijo, el físico Johannes Diderik van der Waals, Jr.  [ nl ] Jacqueline era un poeta de cierta nota. El sobrino de Van der Waals, Peter van der Waals, fue ebanista y una figura destacada en el movimiento de la escuela de artes y oficios de Sapperton, Gloucestershire . La esposa de Johannes van der Waals murió de tuberculosis a los 34 años en 1881. Después de enviudar, Van der Waals nunca se volvió a casar y estaba tan conmovido por la muerte de su esposa que no publicó nada durante aproximadamente una década. Murió en Amsterdam el 8 de marzo de 1923, un año después de la muerte de su hija Jacqueline.

Honores

Van der Waals recibió numerosos honores y distinciones, además de ganar el Premio Nobel de Física de 1910. Fue galardonado con un doctorado honoris causa de la Universidad de Cambridge ; fue nombrado miembro honorario de la Sociedad Imperial de Naturalistas de Moscú , la Real Academia Irlandesa y la Sociedad Filosófica Estadounidense (1916); Miembro correspondiente del Institut de France y de la Real Academia de Ciencias de Berlín ; Miembro asociado de la Real Academia de Ciencias de Bélgica ; y miembro extranjero de la Sociedad Química de Londres , de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (1913) y de la Accademia dei Lincei de Roma. Van der Waals se convirtió en miembro de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos en 1875. Desde 1896 hasta 1912, fue secretario de esta sociedad. Además, fue elegido miembro honorario de la Sociedad Química de los Países Bajos en 1912.

Citas relacionadas

No cabe duda de que el nombre de Van der Waals pronto estará entre los más destacados de la ciencia molecular,

-  Comentarios de James Clerk Maxwell en la revista Nature (1873).

Quedará perfectamente claro que en todos mis estudios estaba bastante convencido de la existencia real de las moléculas, que nunca las consideré como un producto de mi imaginación, ni siquiera como meros centros de efectos de fuerza. Los consideraba los cuerpos reales, por lo que lo que llamamos "cuerpo" en el habla diaria debería llamarse "pseudocuerpo". Es un agregado de cuerpos y espacio vacío. No conocemos la naturaleza de una molécula que consta de un solo átomo químico. Sería prematuro tratar de responder a esta pregunta, pero admitir esta ignorancia de ninguna manera menoscaba la creencia en su existencia real. Cuando comencé mis estudios tuve la sensación de que estaba casi solo al sostener ese punto de vista. Y cuando, como ya ocurrió en mi tratado de 1873, determiné su número en un gramo-mol, su tamaño y la naturaleza de su acción, me fortalecí en mi opinión, sin embargo, a menudo surgía dentro de mí la pregunta de si en el final El análisis de una molécula es producto de la imaginación y también de toda la teoría molecular. Y ahora no me parece exagerado afirmar que los físicos asumen universalmente la existencia real de las moléculas. Muchos de los que más se opusieron a ella finalmente se ganaron, y mi teoría puede haber sido un factor contribuyente. Y precisamente esto, creo, es un paso adelante. Cualquiera que esté familiarizado con los escritos de Boltzmann y Willard Gibbs admitirá que los físicos con gran autoridad creen que los complejos fenómenos de la teoría del calor solo pueden interpretarse de esta manera. Es un gran placer para mí que un número cada vez mayor de físicos jóvenes encuentren la inspiración para su trabajo en los estudios y contemplaciones de la teoría molecular ...

-  Notas de Johannes D. van der Waals en la Conferencia Nobel , La ecuación de estado para gases y líquidos (12 de diciembre de 1910).

Ver también

• Ecuación de Van der Waals
• Cepa Van der Waals
• Radio de Van der Waals
• Fuerza de Van der Waals
• Ecuación de estado de Redlich-Kwong
• Ecuación de estado de Peng-Robinson

Notas

Referencias

Citas

Fuentes

Otras lecturas

• Kipnis, A. Ya .; Yavelov, BE; Rowlinson, JS (trad.): Van der Waals y Molecular Science . (Oxford: Clarendon Press, 1996) ISBN  0-19-855210-6
• Sengers, Johanna Levelt: How Fluids Unmix: Descubrimientos de la escuela de Van der Waals y Kamerlingh Onnes . (Ámsterdam: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2002)
• Shachtman, Tom: Cero absoluto y la conquista del frío . (Boston: Houghton Mifflin, 1999)
• Van Delft, Dirk: Física congelante: Heike Kamerlingh Onnes y la búsqueda del frío . (Ámsterdam: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2008)
• Van der Waals, JD: Edición e introducción. JS Rowlinson: Sobre la continuidad de los estados líquido y gaseoso . (Nueva York: Dover Publications, 2004, 320pp)

enlaces externos

• Científicos de la Escuela Holandesa Van der Waals , Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos
• Albert van Helden Johannes Diderik van der Waals 1837 - 1923 En: K. van Berkel, A. van Helden y L. Palm ed., A History of Science in the Netherlands. Encuesta, temas y referencias (Leiden: Brill, 1999) 596 - 598.
• Johannes Diderik van der Waals en Nobelprize.org, incluida la Conferencia Nobel, 12 de diciembre de 1910 La ecuación de estado para gases y líquidos
• Museo Boerhaave "Negen Nederlandse Nobelprijswinnaars" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 7 de junio de 2011. (2,32  MiB )
• HAM Snelders, Sr. Waals, Johannes Diderik van der (1837–1923) , en Biografisch Woordenboek van Nederland.
• Biografía de Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) en la Biblioteca Nacional de los Países Bajos.