范德华力 多亏了范德华力 壁虎才能在平滑的玻璃上爬行

壁虎可以在光滑的玻璃上爬行，因为它脚趾的绒毛分子和玻璃分子之间有很强的范德华力。

为什么气体会凝结成液体？气体的体积、温度和压力有什么关系？能用数学公式表示吗？

150年前，西方科学家对这些问题非常感兴趣，他们连续的研究持续了近半个世纪。

最后，一位荷兰物理老师在他的博士论文中完美地回答了这些问题，获得了1910年的诺贝尔物理学奖。论文中的公式是以他的名字命名的。

自学成才的医生

1873年2月，荷兰莱顿，春寒料峭，街花含苞待放。在城东哈佛商学院的一个实验室里，物理老师范德瓦尔斯致力于氧的实验。

当他用高压把氧变成液态氧时，用克拉贝龙状态方程计算的结果与实验结果不同，这使他产生了疑惑。

范德瓦尔斯的诺贝尔奖官方照片，照片来源物理双月刊网

Clapeyron状态方程是法国科学院院士Benoit Paul Emile clapeyron于1837年总结的热力学方程，主要描述气体体积、压力和温度之间的数学关系。

这个方程包括三个方面:气体体积与压力成反比，与温度成正比，与粒子数成正比。

几年后，科学家发现克拉贝龙的状态方程有一个缺点，就是不适合描述高压下的气液交换。

换句话说，这个方程只能计算气体在常压下各种元素之间的关系。科学界有一个不成文的现象:当旧理论在某些条件下不适用时，新理论就成为科学家追求的焦点。科学家们加入了新理论的研究，包括范德瓦尔斯。

范德瓦尔斯原名约翰内斯·迪德里克·范德瓦尔斯。他的父亲是莱顿的一名普通木匠，有十个孩子。作为长子，范德瓦尔斯很早就承担起了大哥的责任，为弟弟妹妹们树立了榜样。在学校，他是一个成绩很好的校长。15岁中学毕业当小学老师，拿工资补贴家用。

没上过大学的范德华不愿意平庸。在赚钱养家的同时，他还参加了当地著名机构莱顿大学的物理、数学和天文学讲座。几年之内，他自学成才，知识比大多数大学生都多。

荷兰第一所大学:莱顿大学，图片来源留学网

机会是留给有准备的人的。1865年，荷兰政府创办哈佛商学院，专门为中高级儿童服务，并公开招聘教师。范德瓦尔斯通过了各种考试，成了这所学校的物理老师。他珍惜来之不易的机会，在认真教学的同时，从事物理研究。

如果你想在科学上有所作为，找个医生是关键。范德瓦尔斯当时就知道成功的密码，他申请了莱顿大学的物理和数学博士，准备论文答辩。他先准备了一篇物理论文，并选择了一个“硬骨头”作为论文的主题，即找出clapeyron的状态方程在高压下失败的真正原因，并得到一个新的状态方程。

博士论文创新法

沉迷于范德瓦尔斯教授的气体状态研究，并与显微镜、量词等打交道。同时，他坚持阅读当代热力学经典著作，麦克斯韦、玻尔兹曼、吉布斯等大咖的著作都对他帮助很大。

在忙碌的工作中一天天过去，范德瓦尔斯的努力并没有白费。1873年6月14日，他的博士论文《论气体和液体的连续性》在莱顿大学成功通过答辩。

因此。他一跃成为欧洲领先的物理学家。

在这篇论文中，他提出了两个前所未有的理论:第一，克拉贝龙状态方程在高压下失败的真正原因是它没有考虑气体分子之间的引力；二是推导出适用于高压气体的状态方程，本文称之为“范德瓦尔斯方程”。

范德华方程，其中A和B是常数，图片来源百度

欧洲和全世界的科学家都对这两种理论感兴趣。经过多年的研究，科学家们终于知道固体、液体或气体的分子或原子之间存在吸引力。

他们把这种引力称为“范德华力”，对物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质有决定性的影响。

欧洲科学家对范德瓦尔斯方程进行了研究，关于范德瓦尔斯方程的论文发表在《荷兰皇家科学院院刊》上。

这些论文还被翻译成多种语言，以促进世界科学交流。难怪麦克斯韦在《自然》中预言:“毫无疑问，范德瓦尔斯的名字将很快出现在分子科学的前沿。"

再接再厉攀登高峰

范德瓦尔斯通过捍卫他的博士论文而成为欧洲科学界的著名人物。面对荣誉，他继续攀登科学的巅峰。

后来他用函数表示范德瓦尔斯方程，用A或B代替方程中的化合物，更有利于计算。

结果，科学家们产生了液化氢和液化氦。后来范德瓦尔斯把他发现的方程和热力学第二定律结合起来，用数学公式或图形表达热力学的各种性质。

从范德瓦尔斯的论文开始，科学家们得出了一个惊人的结论:壁虎可以在光滑的玻璃上爬行，这是因为它脚趾的绒毛分子和玻璃分子产生了强大的范德瓦尔斯力。

壁虎脚上的分子和物体的分子产生范德华力。图片来源搜狐

范德瓦尔斯的贡献首先得到荷兰政府的认可。1877年，他被任命为阿姆斯特丹城市大学的第一任物理学教授。

10多年后，荷兰皇家科学院聘请他做秘书。世界各国也给予了他足够的荣誉:英国剑桥大学荣誉博士、柏林皇家科学院通信院士、美国国家科学院外国院士等。

1910年，范德瓦尔斯站在诺贝尔物理学奖的领奖台上。从听穷学生到世界级大师，他用亲身经历谱写了一段自学成才的乐章。