約翰尼斯·迪德里克·范·德·瓦耳斯（Johannes Diderik van der Waals，1837年11月23日-1923年3月8日），通常稱為范德·瓦耳斯或范德華，荷蘭物理學(xué)家。
約翰尼斯·迪德里克·范·德·瓦耳斯曾在阿姆斯特丹大學(xué)任教，1910年獲諾貝爾物理學(xué)獎，以表彰他在氣體和液體狀態(tài)方程方面的工作。化學(xué)中有以他名字命名的范德華力（即分子間作用力）。
人物經(jīng)歷
早年教育
Johannes Diderik是十個孩子中的老大，他的父母名為杰科布斯?范德華及伊麗莎白?范登貝爾赫。他的父親是一個住在荷蘭萊頓市的木匠。在十九世紀(jì)，工人階級的孩子通常是沒有能力就讀中學(xué)然后晉升大學(xué)就讀的。不過，他接受學(xué)校的小學(xué)教育，并于十五歲時完成學(xué)業(yè)。后來，他成為一名小學(xué)老師的助教。
1856年至1861年間，他跟著老師學(xué)習(xí)，順利考取教師執(zhí)照，成為一名小學(xué)老師，并晉升為教務(wù)主任。
1862年，他開始參加數(shù)學(xué)、物理學(xué)和天文學(xué)的講座，他在城里的大學(xué)中雖然他是一個未經(jīng)錄取的正式學(xué)生，不過那是因為他缺乏一部份的古典語言上的教育。然而，萊頓大學(xué)有一項規(guī)定，提供境外學(xué)生所需的長達(dá)四年之課程。
1863荷蘭政府創(chuàng)立了一所新的中學(xué) (哈佛商學(xué)院─哈佛商學(xué)院)，為服務(wù)那些高、中產(chǎn)階級的孩子。
范德華是當(dāng)時一所小學(xué)的負(fù)責(zé)人，希望成為一名在哈佛商學(xué)院教授數(shù)學(xué)及物理課的教師，他花了兩年的空閑時間為所需要的考試做準(zhǔn)備。
1865年，他被聘請為在Deventer的哈佛商學(xué)院的物理教師，并且在1866年，他在海牙也獲得這樣的職位，他在那里就讀的大學(xué)足以使萊頓范德華更加容易銜接之前所學(xué)的課程。
在搬家到Deventer Johannes Diderik之前，他就已與十八歲的安娜蓮娜斯密特在1865年9月結(jié)婚。
職業(yè)生涯
1864年他被任命為一所在Devente的中學(xué)的教師。
1866 年他搬到Hague，先是任職老師而之后成為了中學(xué)的主任。而范德華在他求學(xué)生涯中遇到了一些問題，因為他仍然缺乏能使他有權(quán)進(jìn)入大學(xué)當(dāng)正規(guī)學(xué)生和考試的古典語言的知識。但是，凡事都有湊巧，法律規(guī)范使高考發(fā)生了變化，教育部長改變了高考進(jìn)入大學(xué)的規(guī)則，免除了必須研究古典語言的這項規(guī)定。范德華也因此通過了資格考試，得到了物理和數(shù)學(xué)博士學(xué)位。
在萊頓大學(xué)，6月14日，1873年，他捍衛(wèi)了他根據(jù)Pieter Rijke所寫的博士論文Over de Continuiteit Van den Gas en Vloeistoftoestand（在連續(xù)性的氣態(tài)和液態(tài)）。在這篇論文中，他介紹了分子體積和分子吸引力的概念。他以一篇標(biāo)題為 Over de Continuiteit van den Gas - en Vloeistoftoestand(On the continuity of the gas and liquid state)的論文獲得了博士學(xué)位，并且立即使他名列為首要等級的物理學(xué)家。在這篇論文中他提出了同時可解釋氣體態(tài)和液體態(tài)的"狀態(tài)方程式"。他指出，這兩個狀態(tài)的混合體不僅以一種連續(xù)性的方式合并成彼此，他們實際上還有著同樣的特性。這個從van der Waals第一份論文得到的結(jié)論的重要性可以從James Clerk Maxwell在"Nature"雜志中的注解得到證明：毫無疑問地，van der Waals的名字很快地將會出現(xiàn)在主流的分子科學(xué)之中；并且：這將使得不只一位研究者去研究粗淺的荷蘭語─因為這篇論文是以荷蘭文寫的(Maxwell大概是要說"粗淺的德語"，不過這也是不正確的，因為以荷蘭語寫作是因van der Waals本身之能力)。隨后，在Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Sciences及Archives Neerlandaises中，許多和這主題相關(guān)的論文都被發(fā)表出來了，并且，他們也被翻譯成其它語言。
1877年9月范德華被任命為阿姆斯特丹市立大學(xué)的物理系第一教授。他有兩個著名的同事─物理化學(xué)家Jacobus Henricus Van 't Hoff和生物學(xué)家Hugo de Vries。可以預(yù)期從以前的小學(xué)老師，范德華就是一位杰出且令人印象深刻的講師。范德華持續(xù)在阿姆斯特丹大學(xué)任教，直到他到了退休的年齡，他當(dāng)時70歲。他的兒子Johannes Diderik van der Waals, Jr.接替了他爸爸的光輝，他同時也是一個理論物理學(xué)家。
科研工作
范德華的主要興趣在熱力學(xué)。他受到魯?shù)婪颉た藙谛匏?/a>非常大的影響，1857年他的論文題目為über die Art der Bewegung，welche wir W?rme nennen（這類的運(yùn)動方式，我們稱之為熱）。后來范德華受到該著作者詹姆斯·麥克斯韋、路德維希·玻爾茲曼和威拉德·吉布斯很大的影響，。克勞修斯的工作促使他去尋求解釋托馬斯安德魯實驗，在1869年時他發(fā)表了存在臨界溫度的液體理論。他設(shè)法將描述的現(xiàn)象和臨界溫度的凝結(jié)下一個定論，1873年在他的論文發(fā)表中，題目是關(guān)于Over de Continu?teit Van den Gas- en Vloeistoftoestand（是指連續(xù)性的氣體和液體狀態(tài)）。這是一項在物理學(xué)中非常具有標(biāo)志性的一篇論文，并立即受到大眾的認(rèn)可，如同由詹姆斯·麥克斯韋審查它在性質(zhì)即一種美稱的方式。
在這篇論文中，他所發(fā)表的狀態(tài)方程式是出自于他的名字。這項實驗工作做了實際的操作，其中的液體和氣體的物質(zhì)相融合成一個相互連續(xù)的方式。結(jié)果表明，這兩個階段是同一性質(zhì)。范德華在計算他的狀態(tài)方程式時，假設(shè)不僅存在分子（原子的存在是有爭議的時候），而且他們是有限的規(guī)模和相互吸引。由于他是其中的第一個假設(shè)的分子間作用力，但起碼，這樣一支部隊現(xiàn)在有時也被稱為范德華力。
第二個重大發(fā)現(xiàn)在1880年被發(fā)表，當(dāng)時他制定了相應(yīng)的國家法律。這表明，范德華狀態(tài)方程式可以表示為一個簡單的函數(shù)的臨界壓力、臨界體積、臨界溫度。這是適用于所有常態(tài)物質(zhì)中（見范德華方程）。化合物特定常數(shù) A和B的原方程式所取代通用（復(fù)合獨立）的數(shù)量。正是這種規(guī)則，在擔(dān)任指導(dǎo)實驗，最終導(dǎo)致了詹姆斯·杜瓦于1898年的液化氫，以及Heike Kamerlingh Onnes于1908年的氦氣。
1890年，范德華發(fā)表了論文的理論解二元檔案 Néerlandaises。通過與他的狀態(tài)方程與熱力學(xué)第二定律，其形式首次提出了威拉德吉布斯，他能夠得出一個圖形表示他的數(shù)學(xué)公式的形式在表面，他稱之為Ψ（PSI）的表面以下吉布斯，誰使用希臘字母Ψ自由能為一個系統(tǒng)的不同階段的平衡。
在1893年應(yīng)該還提到范德華的毛細(xì)現(xiàn)象的理論在其基本形式第一次出現(xiàn)。與此相反的力學(xué)角度提供關(guān)于這一問題的早期由Pierre -西蒙拉普拉斯，范德華的熱力學(xué)方法。這是在有爭議的時候，由于存在分子和他們的永久，快速運(yùn)動并沒有得到普遍接受之前，讓巴蒂斯特Perrin的實驗驗證阿爾伯特·愛因斯坦的理論解釋布朗運(yùn)動。
個人生活
家庭生活
他再1865年娶了Anna Magdalena Smit，兩人有三個女兒（Anne Madeleine，Jacqueline Elisabeth（Jacqueline Elisabeth是歷史老師和一位知名的女詩人），Johanna Diderica(Johanna Diderica是一位英語老師)）和一個兒子，物理學(xué)家Johannes Diderik, Johannes Diderik Jr.于1903年到1908年擔(dān)任Groningen大學(xué)的物理教授，并繼他的父親之后擔(dān)任阿姆斯特丹大學(xué)的物理講座教授，Jr.的侄子Peter van der Waals是一個櫥柜制造商，并在格洛斯特郡學(xué)院工藝美術(shù)系是個領(lǐng)軍人物，在1881年，他的妻子死于肺結(jié)核，享年34歲。在Anna去逝以后，女兒們回到家中照看她們的父親，范德華從此沒有再婚，對他妻子的死感到非常震撼，此后的十年，他都沒有再公布任何關(guān)于他事情，van der Waals 的主要休閑是散步，尤其是在在鄉(xiāng)間，以及閱讀。
最后范德華于1923年3月8日死于阿姆斯特丹，享年85歲，一年后，他的女兒Jacqueline也相繼去世。
主要成就
范德華獲得了無數(shù)的榮譽(yù)和聲望，除了在72歲（1910年）范德華被授予諾貝爾物理學(xué)獎。他被授予劍橋大學(xué)的博士學(xué)位，被世界榮譽(yù)協(xié)會的會員譽(yù)為莫斯科的博物學(xué)家，愛爾蘭皇家科學(xué)院和美國哲學(xué)學(xué)會會員，也就是法蘭西學(xué)院和柏林皇家科學(xué)院的會員，比利時皇家科學(xué)院的準(zhǔn)會員和外國化學(xué)倫敦學(xué)會會員，美國的國家科學(xué)院，和羅馬的學(xué)院代學(xué)院。范德華是其中一個成員，皇家Nederlandse Akademie van Wetenschappen（荷蘭皇家藝術(shù)與科學(xué)學(xué)會）。從 1896年直到1912年，他是這個學(xué)會的秘書。
著名論文
范德瓦爾斯以題為《論氣態(tài)與液態(tài)之連續(xù)性》的論文獲得了博士學(xué)位。在這篇論文中，他提出了自己的連續(xù)性思想。他認(rèn)為，盡管人們在確定壓強(qiáng)時除了考慮分子的運(yùn)動外，還要考慮其他因素，但是物質(zhì)的氣態(tài)和液態(tài)之間并沒有本質(zhì)區(qū)別，需要考慮的一個重要因素是分子之間的吸引力和這些分子所占的體積，而這兩點在理想氣體中都被忽略了。從以上考慮出發(fā)，他得出了非理想氣體的狀態(tài)方程，即著名的范德瓦耳斯?fàn)顟B(tài)方程：
\[ p = \frac{nRT}{V-nb} - \frac{n^2a}{V^2} \]
其中，p、Vm和T分別代表氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度，R是理想氣體常數(shù)，a代表分子之間的相互吸引，b為分子的體積，a，b值可由實驗測定的數(shù)據(jù)確定。
相對于其他實驗工作者提出的模型和狀態(tài)方程，范德瓦耳斯方程是最有用的，受到了廣泛的重視和應(yīng)用。首先，它比較簡單，突出了決定流動性的分子的特征；其次，它又指出氣體有三相點，且能與在臨界溫度下可液化等性質(zhì)相符合。當(dāng)時的實驗發(fā)現(xiàn)，如果某一種氣體的溫度不在臨界值之下，那么它是不能只通過改變壓強(qiáng)來液化的。從范德瓦耳斯方程出發(fā)，臨界溫度，臨界體積，臨界壓強(qiáng)都可用a，b表示出來，且與實驗結(jié)果完全相符。
1880年，范德瓦耳斯還發(fā)現(xiàn)了對應(yīng)狀態(tài)定律。該理論預(yù)言了氣體液化所必需的條件，對所謂永久性氣體的液化具有重要的指導(dǎo)作用。
范德華半徑
非金屬元素有一種半徑，叫范氏半徑。例如，在氯化鎘晶體里，測得在不同的“分子”（實際是層狀的大分子）里Cl與Cl間的核間距為0.376 nm.
取其值的一半定為氯原子的范氏半徑，即：?，對非金屬元素，總有?，從圖1 可以清楚地看出這一關(guān)系。圖1中表示出2個Cl2，在同一個Cl2里，2個Cl核間距的一半是共價半徑r共；在不同的2個Cl2間，2個Cl的核間距的一半是范氏半徑r范。顯而易見，。一般來說，對于金屬元素，只有共價半徑和金屬半徑；而非金屬元素（稀有氣體除外）有共價半徑和范氏半徑；稀有氣體元素只有范氏半徑。高中教材上原子半徑全部用的是共價半徑，所以稀有氣體元素的半徑與同周期其它元素沒有可比性。
稀有氣體在極低的溫度下形成單原子分子的分子晶體，在這種晶體里，兩個原子核間距的一半就是稀有氣體原子的范德華半徑。
范德華力
分子間作用力又被稱為范德華力，按其實質(zhì)來說是一種電性的吸引力。分子間作用力可以分為以下三種力：取向力；誘導(dǎo)力；色散力。
取向力發(fā)生在極性分子與極性分子之間。由于極性分子的電性分布不均勻，一端帶正電，一端帶負(fù)電，形成偶極。因此，當(dāng)兩個極性分子相互接近時，由于它們偶極的同極相斥，異極相吸，兩個分子必將發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。這種偶極子的互相轉(zhuǎn)動，就使偶極子的相反的極相對，叫做“取向”。這時由于相反的極相距較近，同極相距較遠(yuǎn)，結(jié)果引力大于斥力，兩個分子靠近，當(dāng)接近到一定距離之后，斥力與引力達(dá)到相對平衡。這種由于極性分子的取向而產(chǎn)生的分子間的作用力，叫做取向力。
取向力的大小與偶極距的平方成正比。極性分子的偶極矩越大，取向力越大；溫度越高，取向力越小。
在極性分子和非極性分子之間以及極性分子和極性分子之間都存在誘導(dǎo)力。
在極性分子和非極性分子之間，由于極性分子偶極所產(chǎn)生的電場對非極性分子發(fā)生影響，使非極性分子電子云變形（即電子云被吸向極性分子偶極的正電的一極），結(jié)果使非極性分子的電子云與原子核發(fā)生相對位移，本來非極性分子中的正、負(fù)電荷重心是重合的，相對位移后就不再重合，使非極性分子產(chǎn)生了偶極。這種電荷重心的相對位移叫做“變形”，因變形而產(chǎn)生的偶極，叫做誘導(dǎo)偶極，以區(qū)別于極性分子中原有的固有偶極。誘導(dǎo)偶極和固有偶極就相互吸引，這種由于誘導(dǎo)偶極而產(chǎn)生的作用力，叫做誘導(dǎo)力。
同樣，在極性分子和極性分子之間，除了取向力外，由于極性分子的相互影響，每個分子也會發(fā)生變形，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。其結(jié)果使分子的偶極矩增大，既具有取向力又具有誘導(dǎo)力。在陽離子和陰離子之間也會出現(xiàn)誘導(dǎo)力。
誘導(dǎo)力的大小與非極性分子極化率和極性分子偶極距的乘積成正比。
非極性分子之間也有相互作用。粗略來看，非極性分子不具有偶極，它們之間似乎不會產(chǎn)生引力，然而事實上卻非如此。例如，某些由非極性分子組成的物質(zhì)，如苯在室溫下是液體，碘、是固體；又如在低溫下，N2、O2、H2和稀有氣體等都能凝結(jié)為液體甚至固體。這些都說明非極性分子之間也存在著分子間的引力。當(dāng)非極性分子相互接近時，由于每個分子的電子不斷運(yùn)動和原子核的不斷振動，經(jīng)常發(fā)生電子云和原子核之間的瞬時相對位移，也即正、負(fù)電荷重心發(fā)生了瞬時的不重合，從而產(chǎn)生瞬時偶極。而這種瞬時偶極又會誘導(dǎo)鄰近分子也產(chǎn)生和它相吸引的瞬時偶極。雖然，瞬時偶極存在時間極短，但上述情況在不斷重復(fù)著，使得分子間始終存在著引力，這種力可從量子力學(xué)理論計算出來，而其計算公式與光色散公式相似，因此，把這種力叫做色散力。
一般來說，分子量越大，分子內(nèi)所含的電子數(shù)越多，分子的變形性越大，色散力越大。
參考資料 >
Johannes Diderik van der Waals.Nobel prize.2024-03-17