Che cos'è un'equazione di stato?
In termodinamica, un'equazione di stato (EOS) è l'espressione matematica che descrive l'interconnessione tra variabili di stato - generalmente osservabili macroscopicamente e proprietà misurabili - per uno stato particolare. Tale stato può essere solido, liquido, gas o plasma. Osservabili o proprietà usate in un'equazione di stato possono essere variate dal teorico, ma generalmente descrivono completamente lo stato. Ad esempio, l'equazione di stato per "n" moli di un gas ideale può essere completamente descritta usando l'equazione PV = nRT, dove P = pressione, V = volume, R = la costante del gas ideale e T = temperatura. Si noti che una EOS è intesa a descrivere non più di uno stato, sia che sia solido, liquido o gassoso.
Affinché un'equazione di stato possa approssimare più da vicino il comportamento reale, parametri come i tre sopra elencati sono modificati da ulteriori termini empirici - sperimentali - e persino computazionali. Tra questi termini vi sono il volume atomico, che sottrae dal volume totale, e la forza intermolecolare, che influenza la distanza tra le particelle. Anche questi aggiustamenti potrebbero non essere sufficienti. Per riconciliare un'equazione di stato con i dati misurati che si intende spiegare, potrebbero essere necessari termini matematici viriali e metodi computazionali iterativi. Tali termini oscurano l'interpretazione intellettuale, ma migliorano l'applicazione pratica.
Un'equazione di stato accettabile può essere difficile da ottenere per i sistemi liquidi, poiché sperimentano un grado molto maggiore di interazione molecolare risultante dal fatto che le molecole sono molto più vicine tra loro rispetto ai gas. I liquidi sono classificati in base all'entità di tali interazioni come non associabili o associati. La maggior parte delle forze di dispersione di Londra sono piuttosto deboli e se sono le uniche forze intermolecolari presenti, il liquido - forse un petrolio o un altro idrocarburo - non è associato. Se, tuttavia, l'unione delle molecole è più forte, come lo è per le molecole legate all'idrogeno, il liquido si sta associando. Più forti sono le forze, più complessa è la modellazione matematica e la corrispondente equazione di stato.
Per lo sviluppo di un'equazione di stato accettabile, i liquidi associati possono essere considerati più simili ai solidi rispetto ai liquidi non associati. Alcuni scienziati usano un modello che incorpora un reticolo bidimensionale, suggerendo che l'associazione di liquidi possiede almeno alcune caratteristiche solide. Un reticolo bidimensionale anziché tridimensionale indica che la componente di comportamento solido è limitata. Poiché alcune delle particelle non sono considerate parte del reticolo, il nome assegnato a questo modello per i fluidi, sia esso gas o liquido, è la teoria del "reticolo-gas". La matematica delle equazioni di stato del gas reticolare-gas può diventare contro-intuitiva e complessa, come è ben illustrato dai sistemi polimero-in-solvente.