Johannesa Diderika van der Waalsa

W tym holenderskim imieniu nazwisko brzmi Van der Waals .

Johannes van der Waals
Waals w 1910 roku
Urodzić się	( 1837-11-23 ) 23 listopada 1837 Lejda , Holandia
Zmarł	08 marca 1923 ( w wieku 85) ( 08.03.1923 ) Amsterdam , Holandia
Alma Mater	Uniwersytet w Lejdzie
Znany z	Położenie podstaw współczesnej fizyki molekularnej (teoria molekularna) Powstanie współczesnej teorii sił międzycząsteczkowych Prawo stanów odpowiadających Prawo gazu rzeczywistego Siły Van der Waalsa Równanie stanu Van der Waalsa Promień Van der Waalsa Powierzchnia Van der Waalsa Cząsteczka Van der Waalsa
Krewni	Joan van der Waals (pierwsza kuzynka, dwukrotnie usunięta)
Nagrody	Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki (1910)
Kariera naukowa
Pola	Fizyka teoretyczna , termodynamika
Instytucje	Uniwersytet w Amsterdamie
Doradca doktorski	Pietera Rijke
Doktoranci	Diederik Korteweg Willem Hendrik Keesom
Wpływy	Rudolf Clausius Ludwig Boltzmann Josiah Willard Gibbs Thomas Andrews
Pod wpływem	Heike Kamerlingh Onnes Willem Hendrik Keesom Peter Debye Zygmunt Florenty Wróblewski James Dewar Fritz London John Shipley Rowlinson Współczesne nauki molekularne (w tym fizyka molekularna i dynamika molekularna ) Kriogenika

Johannes Diderik van der Waals ( holenderski wymowa: [joːˈɦɑnəz ˈdidərɪk fɑn dər ˈʋaːls] ( słuchaj ) ; 23 listopada 1837 - 8 marca 1923) był holenderskim fizykiem teoretycznym i termodynamikiem znanym z pionierskich prac nad równaniem stanu gazów i cieczy. Van der Waals rozpoczął karierę jako nauczyciel w szkole. Został pierwszym profesorem fizyki na Uniwersytecie w Amsterdamie, kiedy w 1877 roku stare Ateneum zostało przekształcone w Uniwersytet Miejski. Van der Waals wygrał 1910 Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki za pracę nad równaniem stanu gazów i cieczy.

Jego nazwisko kojarzone jest przede wszystkim z równaniem stanu Van der Waalsa opisującym zachowanie się gazów i ich kondensację do fazy ciekłej . Jego imię jest również związane z siłami Van der Waalsa (siłami między stabilnymi cząsteczkami ), z cząsteczkami Van der Waalsa (małe klastry molekularne związane siłami Van der Waalsa) oraz z promieniami Van der Waalsa (rozmiary cząsteczek). Jako James Clerk Maxwell powiedział: „nie ma wątpliwości, że nazwisko Van der Waals wkrótce będzie jednym z czołowych w naukach molekularnych ”.

W swojej tezie z 1873 roku Van der Waals zauważył nieidealność gazów rzeczywistych i przypisał to istnieniu oddziaływań międzycząsteczkowych . Wprowadził pierwsze równanie stanu wyprowadzone z założenia skończonej objętości zajmowanej przez składowe cząsteczki. Kierowany przez Ernsta Macha i Wilhelma Ostwalda , silny nurt filozoficzny, który zaprzeczał istnieniu cząsteczek powstał pod koniec XIX wieku. Istnienie molekularne uznano za nieudowodnione, a hipotezę molekularną za niepotrzebną. W czasie, gdy została napisana praca Van der Waalsa (1873), struktura molekularna płynów nie była akceptowana przez większość fizyków, a ciecz i para były często uważane za chemicznie różne. Ale praca Van der Waalsa potwierdziła realność cząsteczek i pozwoliła ocenić ich rozmiar i atrakcyjną siłę . Jego nowa formuła zrewolucjonizowała badanie równań stanu. Przez porównywanie swoje równanie stanu z danymi eksperymentalnymi, Van der Waals był w stanie uzyskać oszacowania rzeczywistej wielkości cząsteczek i siły ich wzajemnego przyciągania .

Wpływ pracy Van der Waalsa na fizykę molekularną w XX wieku był bezpośredni i fundamentalny. Wprowadzając parametry charakteryzujące wielkość i przyciąganie molekuł do konstruowania swojego równania stanu , Van der Waals nadał ton współczesnej nauce molekularnej . Że aspekty molekularne, takie jak rozmiar, kształt, przyciąganie i interakcje wielobiegunowe , powinny stanowić podstawę matematycznych sformułowań właściwości termodynamicznych i transportowych płynów jest obecnie uważany za aksjomat. Za pomocą równania stanu Van der Waalsa można było dokładnie przewidzieć parametry gazów w punkcie krytycznym na podstawie pomiarów termodynamicznych wykonanych w znacznie wyższych temperaturach. Azot , tlen , wodór i hel uległy następnie upłynnieniu . Heike Kamerlingh Onnes był pod znaczącym wpływem pionierskiej pracy Van der Waalsa. W 1908 roku Onnes jako pierwszy wyprodukował ciekły hel ; doprowadziło to bezpośrednio do jego odkrycia w 1911 roku nadprzewodnictwo .

Biografia

Wczesne lata i edukacja

Johannes Diderik van der Waals urodził się 23 listopada 1837 roku w Lejdzie w Holandii. Był najstarszym z dziesięciorga dzieci Jacobusa van der Waalsa i Elisabeth van den Berg. Jego ojciec był stolarzem w Leiden. Jak to było w przypadku wszystkich dziewcząt i chłopców z klasy robotniczej w XIX wieku, nie chodził do szkoły średniej, która dawałaby mu prawo wstępu na uniwersytet. Zamiast tego poszedł do szkoły „zaawansowanej edukacji podstawowej”, którą ukończył w wieku piętnastu lat. Następnie został uczniem nauczyciela w szkole podstawowej. W latach 1856-1861 odbył kursy i zdobył niezbędne kwalifikacje do objęcia stanowiska nauczyciela szkoły powszechnej i dyrektora szkoły.

W 1862 roku zaczął uczęszczać na wykłady z matematyki, fizyki i astronomii na uniwersytecie w swoim rodzinnym mieście, chociaż nie został zakwalifikowany jako student regularny, częściowo z powodu braku wykształcenia w językach klasycznych . Jednak uniwersytet w Lejdzie miał przepis, który umożliwiał studentom z zewnątrz podjęcie do czterech kursów rocznie. W 1863 r. rząd holenderski uruchomił nowy typ szkoły średniej (HBS, szkoła skierowana do dzieci z wyższych klas średnich). Van der Waals – ówczesny dyrektor szkoły podstawowej – chciał zostać nauczycielem HBS matematyki i fizyki i przez dwa lata uczył się w wolnym czasie do wymaganych egzaminów.

W 1865 został mianowany nauczycielem fizyki w HBS w Deventer , aw 1866 otrzymał taką posadę w Hadze , na tyle blisko Lejdy, że Van der Waals mógł wznowić swoje zajęcia na tamtejszym uniwersytecie. We wrześniu 1865 roku, tuż przed przeprowadzką do Deventer, Van der Waals poślubił osiemnastoletnią Annę Magdalenę Smit.

Profesura

Van der Waalsowi nadal brakowało znajomości języków klasycznych , która dawałaby mu prawo wstąpienia na uniwersytet jako zwykły student i przystąpienia do egzaminów. Tak się jednak złożyło, że zmieniono prawo regulujące wstęp na uniwersytet i dyspensę od nauki języków klasycznych mógł udzielić minister edukacji. Van der Waals otrzymał to zwolnienie i zdał egzaminy kwalifikacyjne z fizyki i matematyki na studia doktoranckie .

Na uniwersytecie w Lejdzie 14 czerwca 1873 obronił pracę doktorską Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (o ciągłości stanu gazowego i ciekłego) pod kierunkiem Pietera Rijke . W pracy wprowadził pojęcia objętości cząsteczkowej i przyciągania molekularnego.

We wrześniu 1877 roku Van der Waals został mianowany pierwszym profesorem fizyki na nowo powstałym Uniwersytecie Miejskim w Amsterdamie . Jego wybitnymi kolegami byli chemik fizyczny Jacobus Henricus van't Hoff i biolog Hugo de Vries . Aż do przejścia na emeryturę w wieku 70 lat Van der Waals pozostał na Uniwersytecie w Amsterdamie. Jego następcą został jego syn Johannes Diderik van der Waals Jr., który również był fizykiem teoretycznym. W 1910 roku, w wieku 72 lat, Van der Waals otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Zmarł w wieku 85 lat 8 marca 1923 r.

Praca naukowa

Głównym zainteresowaniem Van der Waalsa była termodynamika . Był pod wpływem Rudolfa Clausiusa z 1857 r. Zatytułowanego Über die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen ( O rodzaju ruchu, który nazywamy ciepłem ). Wielki wpływ na Van der Waalsa wywarły później pisma Jamesa Clerka Maxwella , Ludwiga Boltzmanna i Willarda Gibbsa . Praca Clausiusa skłoniła go do poszukiwania wyjaśnienia Thomasa Andrewsa eksperymenty, które ujawniły w 1869 roku istnienie temperatur krytycznych w płynach. Półilościowy opis zjawisk skraplania i temperatur krytycznych udało mu się przedstawić w pracy z 1873 r., zatytułowanej Over de Continuïteit van den Gasen Vloeistoftoestand (O ciągłości stanu gazowego i ciekłego). Ta rozprawa stanowiła znak rozpoznawczy w fizyce i została natychmiast uznana za taką, np. przez Jamesa Clerka Maxwella , który zrecenzował ją w „Nature” w chwalebny sposób.

W pracy tej wyprowadził równanie stanu noszące jego imię. Praca ta dała model, w którym faza ciekła i faza gazowa substancji łączą się ze sobą w sposób ciągły. Pokazuje, że obie fazy mają ten sam charakter. Wyprowadzając swoje równanie stanu, Van der Waals założył nie tylko istnienie cząsteczek (w tamtym czasie kwestionowano istnienie atomów), ale także to, że mają one skończoną wielkość i przyciągają się. Ponieważ był jednym z pierwszych, którzy postulowali istnienie siły międzycząsteczkowej, jakkolwiek elementarnej, taka siła jest obecnie nazywana siłą Van der Waalsa .

Drugim ważnym odkryciem było prawo stanów odpowiadających z 1880 r., które wykazało, że równanie stanu Van der Waalsa można wyrazić jako prostą funkcję ciśnienia krytycznego, objętości krytycznej i temperatury krytycznej. Ta ogólna postać ma zastosowanie do wszystkich substancji (patrz równanie Van der Waalsa ). Stałe specyficzne dla związku aib w pierwotnym równaniu są zastępowane wielkościami uniwersalnymi (niezależnymi od związku). To właśnie to prawo służyło jako przewodnik podczas eksperymentów, które ostatecznie doprowadziły do ​​upłynnienia wodoru przez Jamesa Dewara w 1898 i helu przez Heike Kamerlingh Onnes w 1908.

W 1890 roku Van der Waals opublikował traktat o teorii rozwiązań binarnych w Archives Néerlandaises. Odnosząc swoje równanie stanu do drugiej zasady termodynamiki , w formie zaproponowanej po raz pierwszy przez Willarda Gibbsa, był w stanie uzyskać graficzną reprezentację swoich formuł matematycznych w postaci powierzchni, którą nazwał powierzchnią Ψ (psi) po Gibbs, który użył greckiej litery Ψ dla określenia energii swobodnej układu z różnymi fazami w równowadze.

Należy również wspomnieć o teorii kapilarności Van der Waalsa , która w swojej podstawowej formie pojawiła się po raz pierwszy w 1893 r. W przeciwieństwie do mechanicznego spojrzenia na ten temat przedstawionego wcześniej przez Pierre-Simona Laplace'a , Van der Waals przyjął podejście termodynamiczne. W tamtym czasie było to kontrowersyjne, ponieważ istnienie cząsteczek i ich stały, szybki ruch nie były powszechnie akceptowane przed eksperymentalną weryfikacją teoretycznego wyjaśnienia ruchu Browna przez Alberta Einsteina przeprowadzonego przez Jeana Baptiste Perrina .

Życie osobiste

Ożenił się ze swoją żoną Anną Magdaleną Smit w 1865 roku, a para miała trzy córki (Anne Madeleine, Jacqueline E. van der Waals , Johanna Diderica) i jednego syna, fizyka Johannesa Diderika van der Waalsa Jr. , który pracował również na Uniwersytecie w Amsterdamie. Jacqueline była znaną poetką. Bratanek Van der Waalsa, Peter van der Waals, był stolarzem i czołową postacią w szkole ruchu Arts and Crafts w Sapperton w Gloucestershire . Jego żona zmarła na gruźlicę w wieku 34 lat w 1881 r. Po zostaniu wdowcem Van der Waals nigdy nie ożenił się ponownie i był tak wstrząśnięty śmiercią żony, że przez około dziesięć lat nic nie publikował. Zmarł w Amsterdamie 8 marca 1923 roku, rok po śmierci swojej córki Jacqueline.

Korona

Van der Waals otrzymał liczne wyróżnienia i wyróżnienia, oprócz zdobycia w 1910 roku Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki. Otrzymał tytuł doktora honoris causa Uniwersytetu w Cambridge ; został honorowym członkiem Cesarskiego Towarzystwa Przyrodników w Moskwie , Królewskiej Akademii Irlandzkiej i Amerykańskiego Towarzystwa Filozoficznego (1916); członek korespondent Institut de France i Królewskiej Akademii Nauk w Berlinie; członek stowarzyszony belgijskiej Królewskiej Akademii Nauk; i zagraniczny członek Towarzystwa Chemicznego w Londynie , The Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych (1913) oraz Accademia dei Lincei w Rzymie. Van der Waals został członkiem Królewskiej Holenderskiej Akademii Sztuki i Nauki w 1875 roku. Od 1896 do 1912 był sekretarzem tego stowarzyszenia. Został ponadto wybrany jako honorowy członek Holenderskiego Towarzystwa Chemicznego w 1912 roku.

Mniejsza planeta 32893 van der Waals została nazwana na jego cześć.

Powiązane cytaty

Nie ma wątpliwości, że nazwisko Van der Waalsa wkrótce będzie jednym z czołowych w nauce molekularnej,

— Uwagi Jamesa Clerka Maxwella w czasopiśmie Nature (1873).

Stanie się całkowicie jasne, że we wszystkich moich badaniach byłem całkowicie przekonany o rzeczywistym istnieniu cząsteczek, że nigdy nie uważałem ich za wytwór mojej wyobraźni, ani nawet za zwykłe centra oddziaływań siłowych. Uznałem je za rzeczywiste ciała, dlatego to, co w codziennej mowie nazywamy „ciałem”, lepiej byłoby nazwać „pseudociałem”. Jest agregatem ciał i pustej przestrzeni. Nie znamy natury cząsteczki składającej się z pojedynczego atomu chemicznego. Próba odpowiedzi na to pytanie byłaby przedwczesna, ale przyznanie się do tej niewiedzy w żaden sposób nie osłabia wiary w jej realne istnienie. Kiedy zaczynałem studia, miałem poczucie, że jestem prawie osamotniony w tym poglądzie. A kiedy, jak to już było w moim traktacie z 1873 r., określiłem ich liczbę w jednym gram-molu, ich wielkość i charakter ich działania, utwierdziłem się w mojej opinii, jednak wciąż często rodziło się we mnie pytanie, czy w ostatecznym rozrachunku Analiza molekuły jest wytworem wyobraźni, podobnie jak cała teoria molekularna. A teraz nie wydaje mi się przesadą stwierdzenie, że fizycy powszechnie zakładają rzeczywiste istnienie cząsteczek. Wielu z tych, którzy najbardziej się temu sprzeciwiali, zostało ostatecznie pozyskanych, a moja teoria mogła być czynnikiem przyczyniającym się do tego. I właśnie to, jak sądzę, jest krokiem naprzód. Każdy, kto zapoznał się z twórczością ks Boltzmann i Willard Gibbs przyznają, że fizycy cieszący się wielkim autorytetem uważają, że złożone zjawiska teorii ciepła można interpretować tylko w ten sposób. Jest dla mnie wielką przyjemnością, że coraz więcej młodych fizyków znajduje inspirację do swojej pracy w badaniach i rozważaniach nad teorią molekularną...

- notatki Johannesa D. van der Waalsa w wykładzie Nobla , Równanie stanu dla gazów i cieczy (12 grudnia 1910).

Zobacz też

• Równanie Van der Waalsa
• Szczep Van der Waalsa
• Promień Van der Waalsa
• Siła Van der Waalsa
• Równanie stanu Redlicha-Kwonga
• Równanie stanu Penga-Robinsona

Notatki

Źródła

• Ten artykuł zawiera materiał z artykułu Citizendium „ Johannes Diderik van der Waals ”, który jest objęty licencją Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License, ale nie GFDL .

Dalsza lektura

•   Kipnis, A. Ya.; Yavelov, BE; Rowlinson, JS (tłum.): Van der Waals i nauki molekularne . (Oxford: Clarendon Press, 1996) ISBN 0-19-855210-6
• Sengers, Johanna Levelt: How Fluids Unmix: Discoveries by School of Van der Waals i Kamerlingh Onnes . (Amsterdam: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2002)
• Shachtman, Tom: Zero absolutne i podbój zimna . (Boston: Houghton Mifflin, 1999)
• Van Delft, Dirk: Freezing Physics: Heike Kamerlingh Onnes i Quest for Cold . (Amsterdam: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2008)
• Van der Waals, JD: pod redakcją i wprowadzenie. JS Rowlinson: O ciągłości stanów ciekłych i gazowych . (Nowy Jork: Dover Publications, 2004, 320 stron)

Linki zewnętrzne

• Naukowcy z Holenderskiej Szkoły Van der Waalsa , Królewskiej Holenderskiej Akademii Sztuki i Nauki
• Albert van Helden Johannes Diderik van der Waals 1837 – 1923 W: K. van Berkel, A. van Helden i L. Palm ed., A History of Science in the Netherlands. Ankieta, motywy i odniesienia (Leiden: Brill, 1999) 596 - 598.
• Johannes Diderik van der Waals na Nobelprize.org , w tym wykład Nobla, 12 grudnia 1910 Równanie stanu dla gazów i cieczy
•   Muzeum Boerhaave „Negen Nederlandse Nobelprijswinnaars” (PDF) . Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 7 czerwca 2011 r. (2,32 MiB )
• HAM Snelders, Waals Sr., Johannes Diderik van der (1837–1923) , w Biografisch Woordenboek van Nederland.
• Biografia Johannesa Diderika van der Waalsa (1837–1923) w Bibliotece Narodowej Holandii.