Co je státní rovnice?

V termodynamice je rovnicí stavu (EOS) matematický výraz, který popisuje propojení mezi stavovými proměnnými - obvykle makroskopicky pozorovatelnými a měřitelnými vlastnostmi - pro určitý stav. Tímto stavem může být pevná látka, kapalina, plyn nebo plazma. Pozorovatelné nebo vlastnosti používané ve stavové rovnici se mohou teoretikem lišit, ale obecně obecně popisují stav. Například stavovou rovnici pro „n“ moly ideálního plynu lze zcela popsat pomocí rovnice PV = nRT, kde P = tlak, V = objem, R = konstanta ideálního plynu a T = teplota. Všimněte si, že EOS je určen k popisu ne více než jednoho stavu, ať už je tento stav pevný, kapalný nebo plynný.

Aby tedy stavová rovnice mohla blíže přiblížit skutečné chování, parametry, jako jsou výše uvedené, jsou modifikovány dalšími empirickými - experimentálními - a dokonce i výpočetními termíny. Mezi tyto termíny patří atomový objem, který se odečte od celkového objemu, a intermolekulární síla, která ovlivňuje vzdálenost mezi částicemi. Ani tyto úpravy nemusí stačit. Pro sladění stavové rovnice s měřenými daty je zamýšleno vysvětlit, mohou být vyžadovány virové matematické termíny a iterační výpočetní metody. Takové termíny zatemňují intelektuální interpretaci, ale zlepšují praktické použití.

Pro kapalné systémy může být obtížné odvodit přijatelnou stavovou rovnici, protože dochází k mnohem většímu stupni molekulární interakce vyplývající z toho, že molekuly jsou mnohem blíže k sobě než pro plyny. Kapaliny jsou kategorizovány na základě velikosti takových interakcí jako nespojující se nebo přidružené. Většina londýnských disperzních sil je celkem slabá a pokud jsou jedinými přítomnými mezimolekulárními silami, kapalina - snad ropa nebo jiný uhlovodík - se nespojuje. Pokud je však spojení molekul silnější, jako je tomu u molekul vázaných vodíkem, kapalina se sdružuje. Čím silnější síly, tím složitější je matematické modelování a odpovídající stavová rovnice.

Pro vývoj přijatelné rovnice stavu mohou být přidružené kapaliny považovány za podobnější pevným látkám než nepřidružující kapaliny. Někteří vědci používají model zahrnující dvourozměrnou mříž, což naznačuje, že spojování tekutin má alespoň některé pevné vlastnosti. Mřížka, která je dvourozměrná spíše než trojrozměrná, naznačuje, že pevná součást chování je omezená. Protože některé částice nejsou považovány za součást mříže, název přiřazený tomuto modelu pro tekutiny - ať už plyn nebo kapalinu - je teorie „mřížového plynu“. Matematika stavových kapalinových rovnic mřížového plynu se může stát kontraintuitivní a složitou, jak je dobře ilustrováno systémy polymeru v rozpouštědle.