Johannes Diderik van der Waals (1837-1923)

Johannes Diderik Van der Waals werd op 23 november 1837 in Leiden geboren als zoon van een timmerman. Hij ging niet, zoals de meeste wetenschappers die faam maakten tijdens de bloei van de Nederlandse natuurwetenschappen rond 1900, naar de HBS, maar naar de MULO. Door zelfstudie behaalde hij daarna vele aktes, om in 1865 te eindigen met de Aktes B en C die gelijkstonden met een doctoraat in de wis-en natuurkunde op universitair niveau. In 1866 ging hij ook formeel aan de Rijksuniversiteit Leiden studeren, waarbij hij dispensatie kreeg voor Grieks en Latijn. Hier behaalde hij, in zijn vrije tijd, in 5 jaar zijn doctoraal.

In 1873 promoveerde hij op 35-jarige leeftijd op een opzienbarend proefschrift: De continuiteit van den gas- en vloeistoftoestand. Het proefschrift kreeg, ondanks het feit dat het in het Nederlands was gesteld, al snel internationale aandacht. De vooraanstaande wetenschapper James Clerk Maxwell schreef in 1875 in Nature: ‘Zijn aanpak van dit moeilijke probleem is zo bekwaam en zo dapper, dat hij ongetwijfeld een merkbare impuls zal geven aan de moleculaire wetenschap. Dit werk heeft zeker meer dan één onderzoeker gebracht tot het bestuderen van de Nederlandse taal waarin het geschreven is.’

In het proefschrift verdedigde Van der Waals een nieuwe algemene wet voor de relatie tussen druk, volume en temperatuur van een stof tijdens zowel de gas- als de vloeistoffase. Anders dan de bestaande wetten van Boyle en Guy Lussac, die golden voor 'ideale gassen' en niet voor vloeistoffen, hield Van der Waals rekening met de omvang van de moleculen en hun onderlinge aantrekking. Deze onderlinge aantrekkingskrachten staan vandaag de dag bekend als ‘Van-der-Waalskrachten’. Het gedrag van gassen kon met deze vergelijking veel beter worden verklaard en ook kon iets gezegd worden over het gedrag van een stof in de overgangsfase van gas naar vloeistof. Zo kon met behulp van Van der Waaks vinding worden berekend bij welke temperatuur een gas niet meer vloeibaar kan worden gemaakt. Deze ‘kritische temperatuur’ was een probleem waar de wetenschap al enige tijd mee worstelde. In een ander aspect was Van der Waals zijn tijd ver vooruit: hij berekende, in grote lijnen correct, het gewicht van een waterstofatoom en de diameter van de moleculen van een aantal andere stoffen. Deze berekeningen werden echter met grote terughoudendheid ontvangen.

De carrière van Van der Waals raakte na de publicatie van zijn dissertatie in een stroomversnelling. In 1875 werd hij lid van de Koninklijke Akademie van Wetenschappen, waarvan hij later nog 16 jaar secretaris zou zijn. Hij werkte ondertussen nog altijd bij de Haagse HBS, waar hij inmiddels directeur was geworden. Het Amsterdamse Atheneum, dat in 1876 werd verheven tot universiteit, bood hem direct een nieuw hoogleraarschap in de natuurkunde aan.

Zijn tweede belangrijke werk verscheen in 1880: de ‘Wet der overeenstemmende toestanden’, volgens welke alle gassen zich op overeenkomstige wijze gedragen. In 1881 bracht Van der Waals bovendien een herziene, Duitse, versie van zijn proefschrift uit, waarin ook veel van de wiskundige onvolkomenheden van de eerste versie werden hersteld. Deze editie was buitengewoon succesvol en bracht hem internationale roem.

Na 1881 publiceerde Van der Waals lange tijd niet. Zijn vrouw overleed in dat jaar zeer jong aan tuberculose. Ook namen de Amsterdamse studentenaantallen sterk toe, waardoor de onderwijsdruk – ondanks de komst van enkele nieuwe docenten, waaronder Zeeman – toenam. Pas na 10 jaar begon hij, na aansporingen van Heike Kamerlingh-Onnes, weer te publiceren. Eerst publiceerde hij over binaire mengsels, waarbij volgens de theorie van Van der Waals omstandigheden konden optreden, waarin een mengsel van twee gassen zich in twee ongemengde gassen opsplitst. Dit kon pas in 1941 experimenteel bewezen worden.

In 1893 verscheen zijn laatste grote wetenschappelijke werk, de thermodynamische theorie van de capillariteit (dunne buizen). Hierin ging hij, in tegenstelling tot anderen in zijn tijd, uit van een geleidelijke, snelle, overgang in densiteit in de overgang tussen vloeistof en gas. Van der Waals ging in 1908 met emeritaat. In 1910 werden zijn inspanningen ‘betreffende de toestandsvergelijking voor gassen en vloeistoffen’ bekroond met de Nobelprijs.

Literatuur

Van der Waals and molecular science / A. Ya. Kipnis et al. - Oxford: Clarendon Press, 1996. - IX, 313, [4] p., ill.