范德瓦耳斯方程是在理想气体定律的基础上考虑分子体积和分子间相互作用的影响而得到的热力学方程。1摩尔的气体由没有分子间相互作用的分子组成,符合理想气体定律。分子本身的体积减小了分子自由移动的空间。所以将理想气体方程中体积变为与分子体系压缩体积的差值。理想气体方程就变为:
式中为气体压力;
为普适气体常数;
为温度;
为理想气体的体积;
为分子体系压缩体积。引入分子相互吸引力对PVT关系的影响。范德瓦耳斯方程首先假设流体的密度是均匀的,同时分子间相互作用的距离很短,从而不考虑边界的影响。考虑离墙壁最近的分子对墙壁的压力,受到该分子附近的其他分子的吸引力,从而降低了该分子对墙壁的作用力即压力。此压力的降低与该分子的密度、其他分子的密度都成正比,即分子间相互作用对压力的影响和体系的密度的平方成正比,也就是和体系的体积的平方成反比:
范德瓦耳斯方程符合气体和液体之间具有相转变以及流体具有临界点的特点。但是范德瓦耳斯方程对于实际流体的PVT数据的表达精度很差,不能用于实际工程的计算。每个状态方程本身具有理论临界压缩因子值,范德瓦耳斯方程是0.375。而实际流体的实验临界压缩因子值是0.30以下,如球形惰性气体氩气是0.291,链状分子正二十烷是0.205。在临界温度和临界压力准确表达的情况下,理论临界压缩因子值和实验值的符合程度,决定了临界点体积和液体体积的计算精度。
虽然范德瓦耳斯方程的计算精度不高,但是作为立方型方程的先驱,是后续大量立方型方程改进的基础。