Ik wil alles weten

Johannes Diderik van der Waals

Pin
Send
Share
Send


Johannes Diderik van der Waals (23 november 1837 - 8 maart 1923) was een uitstekende Nederlandse natuurkundige die als eerste een toestandsvergelijking kreeg die de toestand van zowel gassen als vloeistoffen beschrijft in termen van druk, temperatuur en volume. Zijn vergelijking is algemener dan de zogenaamde "ideale gaswet" in die zin dat het rekening houdt met het effect van intermoleculaire krachten en de grootte van moleculen, die beide als verwaarloosbaar worden beschouwd in een ideaal gas.

Biografie

Johannes Diderik van der Waals werd geboren in Leiden. Hij was de oudste van acht kinderen1 van Jacobus van der Waals, een timmerman, en zijn vrouw, Elisabeth van den Burg. Vanwege de financiële omstandigheden van het gezin kon Van der Waals niet naar een formele middelbare school die Latijn en Grieks onderwees, maar voltooide hij een uitgebreide basisschoolopleiding. Hij was in staat om onderwijslicenties te verkrijgen door zelf te studeren en te slagen voor standaardtests.

Een carrière in het lesgeven

Van der Waals gaf les in de lagere school van 1856 tot 1861,2 en van 1862 tot 1865 studeerde hij wiskunde en natuurkunde aan de Universiteit van Leiden.3 In 1864 verkreeg hij een positie op een middelbare school in Deventer, waar hij wiskunde en natuurkunde doceerde. Het volgende jaar was hij getrouwd met Anna Magdalena Smit. Het echtpaar had drie dochters en een zoon: Anne Madeleine; Jacqueline Elisabeth, die dichter werd; Johanna Diderica; en Johannes Diderik Jr., die de voetsporen van zijn vader volgde en natuurkundige werd.

In 1866 verhuisde van der Waals naar Den Haag, waar hij les gaf op een middelbare school en uiteindelijk de directeur werd. Hij bleef geavanceerde wiskunde en natuurkunde studeren aan de Universiteit van Leiden, maar moest vanwege zijn gebrek aan formeel voortgezet onderwijs een vrijstelling krijgen om door te gaan met een doctoraatsprogramma. De staat liet uiteindelijk de klassieke taalvereisten vallen. Tijdens zijn studie onder Pieter Rijke promoveerde hij in 1873 op een proefschrift dat snel de aandacht trok van de internationale wetenschappelijke gemeenschap.

De van der Waals staatsvergelijking

Het proefschrift van Van der Waals was getiteld Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (Over de continuïteit van de gas- en vloeibare toestand). In dit proefschrift heeft hij de staatsvergelijking afgeleid die zijn naam draagt. Het belang van dit werk is dat het een model gaf waarin de vloeistof en de gasfase van een stof continu in elkaar overgaan. Het laat zien dat de twee fasen in feite van dezelfde aard zijn. Bij het afleiden van zijn staatsvergelijking veronderstelde Van der Waals niet alleen het bestaan ​​van moleculen (die destijds in de natuurkunde betwist werden), maar ook dat ze van eindige grootte zijn en elkaar aantrekken. Omdat hij een van de eersten was die een intermoleculaire kracht postuleerde, hoe rudimentair ook, wordt zo'n kracht nu soms een van der Waals-kracht genoemd.

Voor een ideaal gas - een waarbij de grootte en de onderlinge aantrekking van de moleculen kunnen worden verwaarloosd - is het product van de druk en het volume van een gasmonster evenredig met de absolute temperatuur. Van der Waals voegde termen toe aan zowel de druk als het volume om respectievelijk de wederzijdse aantrekking van moleculen en hun grootte te verklaren. Zijn vergelijking omvat twee constanten die verschillend zijn voor verschillende gassen.

Een van de conclusies die kon worden getrokken uit het onderzoek van Van der Waals was dat er een kritische temperatuur voor een gas bestaat waarboven het onmogelijk is om het gas in een vloeistof te condenseren.

Van der Waals vond de inspiratie voor zijn proefschrift na het lezen van de verhandeling uit 1857 van Rudolf Clausius getiteld Über die Art der Bewegung welche wir Wärme nennen (Over het soort beweging dat we warmte noemen),4 samen met andere kranten en boeken van Clausius. Van der Waals werd later sterk beïnvloed door de geschriften van James Maxwell, Ludwig Boltzmann en Josiah Willard Gibbs, die allemaal werkten aan soortgelijke problemen in de kinetische gastheorie.

Reactie van de wetenschappelijke gemeenschap

Het duurde niet lang voordat de wetenschappelijke gemeenschap de nieuwe resultaten zag. Maxwell, die al zijn eigen theorie over de beweging van moleculen in een gas had ontwikkeld, prees van der Waals voor zijn werk. "Dit zet meteen zijn naam op de eerste plaats in de wetenschap," zei Maxwell in Natuur magazine een jaar nadat het proefschrift van Van der Waals werd gepubliceerd.

Op basis van zijn toestandsvergelijking kon van der Waals de grootte van een waterstofmolecuul schatten.

Accolades volgden snel. In 1875 werd hij toegelaten als lid van de Koninklijke Academie van Kunsten en Wetenschappen en in 1877 werd hij benoemd tot hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Amsterdam.

Nieuwe wet onthuld

Een tweede grote ontdekking van Van der Waals werd gepubliceerd in 1880: De wet van overeenkomstige staten. Deze wet laat zien dat na het schalen van temperatuur, druk en volume door hun respectieve kritische waarden, een algemene vorm van de toestandsvergelijking wordt verkregen die van toepassing is op alle stoffen. Deze wet diende als leidraad tijdens de experimenten die hebben geleid tot de vloeibaarmaking van helium door Heike Kamerlingh Onnes. Een decennium later kon Van der Waals de situatie aanpakken van een materiaal dat bestaat uit een mengsel van twee stoffen.

In 1881 installeerde van der Waals nieuwe laboratoriumfaciliteiten in Amsterdam. Hoewel hij zeer geïnteresseerd was in de experimentele kant van de natuurkunde, wordt gezegd dat hij zelf geen experimenten uitvoerde, maar in het algemeen gebruik maakte van de diensten van een assistent. Gedurende de jaren 1880 stond hij in nauwe communicatie met Kamerlingh Onnes, die experimenten uitvoerde met betrekking tot de vloeibaarmaking en stolling van gassen bij zeer lage temperaturen.

Latere jaren

Van der Waals bleef gedurende zijn hele carrière actief bij de Royal Society en diende als secretaris van 1896 tot 1912. In 1898 liet hij alle aan de maatschappij voorgelegde documenten in het Engels vertalen zodat ze een breder publiek konden bereiken.

Hij trok zich in 1908 terug aan de Universiteit van Amsterdam.5

Voor zijn werk over het gedrag van vloeistoffen en gassen won hij in 1910 de Nobelprijs voor de natuurkunde.

Van der Waals stierf in 1923 in Amsterdam.

Nalatenschap

Van der Waals sluit zich aan bij een lange lijst van wetenschappers die leraren op de middelbare school waren toen zij belangrijke bijdragen aan hun vakgebied leverden. Ondanks zijn gebrek aan formele scholing toonde Van der Waals doorzettingsvermogen ondanks tegenspoed en voltooide zijn doctoraat pas in zijn dertiger jaren. Hij is zeker een model voor degenen die niet de gewone weg van het hoger onderwijs hebben gevolgd.

Het leven van Van der Waals getuigt van het belang van onderwijs in de vooruitgang van de wetenschappen. Een leraar moet concepten en experimenten duidelijk uitleggen aan zijn of haar studenten, en dit leidt tot de noodzaak om de verschillende ideeën te verduidelijken die de basis vormen van wetenschappelijke kennis. Dit soort onderzoek is een vruchtbaar veld voor ontdekking, zoals keer op keer is bewezen in het leven van veel wetenschappers, van John Dalton tot Josef Loschmidt, van Van Waals zelf.

Zie ook

  • Atoom
  • Gas
  • Heike Kamerlingh Onnes
  • Waterstof
  • Molecuul

Notes

  1. ↑ Mitchell, Brian S. 2004. Een inleiding tot materiaalkunde en wetenschap voor chemische en materiaalingenieurs. Hoboken, NJ: John Wiley. 12. ISBN 0471436232
  2. ↑ Mitchell, 12.
  3. ↑ Ekspong, Gösta, Tore Frängsmyr en S. Lundquist. 1992. Natuurkunde. Nobellezingen, waaronder presentatiespeeches en biografieën van laureaten. Singapore: River Edge, NJ. 266. ISBN 9810207263
  4. ↑ Van der Waals, Johannes, D. 1910. The Equation of State for Gases and Liquids Nobel Lecture. Ontvangen op 9 januari 2008.
  5. ↑ Mitchell, 12

Referenties

  • Berkel, Klaas van, Albert Van Helden en L. C. Palm. 1999. Een geschiedenis van de wetenschap in Nederland: enquête, thema's en referentie. Leiden: Brill. ISBN 9004100067
  • Ekspong, Gösta, Tore Frängsmyr en S. Lundquist. 1992. Fysica. Nobellezingen, waaronder presentatiespeeches en biografieën van laureaten. Singapore: River Edge, NJ. ISBN 9810207263
  • Kipnis, Aleksandr Yakovlevich, Boris Efimovich Yavelov en John Shipley Rowlinson. 1996. Van der Waals en Molecular Science. Oxford, VK: Oxford University Press. ISBN 0-19-855210-6
  • Parsegian, V. Adrian. 2006. Van der Waals Forces: A Handbook for Biologists, Chemists, Engineers and Physicists. New York, NY: Cambridge University Press. ISBN 0521839068
  • Prins, J.A. 1990. Waals, Johannes Diderik van der. Woordenboek van wetenschappelijke biografie. New York: Charles Scribner's Sons.
  • Sengers, Johanna Levelt. 2003. How Fluids Unmix: Discoveries by the School of Van der Waals and Kamerlingh Onnes. Amsterdam, NL: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen. ISBN 9069843579

Pin
Send
Share
Send