状態方程式とは何ですか？

熱力学では、状態方程式（EOS）は、特定の状態の状態変数（一般に巨視的に観察可能で測定可能なプロパティ）間の相互接続を表す数式です。 その状態は、固体、液体、気体、またはプラズマの場合があります。 状態方程式で使用されるオブザーバブルまたはプロパティは、理論家によって異なる場合がありますが、一般的には状態を完全に記述します。 たとえば、理想気体の「n」モルの状態方程式は、方程式PV = nRTを使用して完全に記述できます。ここで、P =圧力、V =体積、R =理想気体定数、T =温度です。 EOSは、その状態が固体、液体、気体のいずれであっても、1つ以下の状態を記述することを目的としていることに注意してください。

状態方程式が実際の振る舞いをより厳密に近似できるように、上記の3つのようなパラメーターは、追加の経験的、実験的、さらには計算用語によって修正されます。 これらの用語には、総体積から差し引く原子体積と、粒子間の距離に影響する分子間力があります。 これらの調整でも十分ではない場合があります。 説明することを目的とする測定データと状態方程式を一致させるには、ビリアルの数学用語と反復計算法が必要になる場合があります。 そのような用語は知的解釈を曖昧にしますが、実際の応用を改善します。

許容可能な状態方程式は、液体よりも気体よりも分子同士の距離がはるかに近いため、分子相互作用が非常に大きくなるため、導出が困難になる場合があります。 液体は、非関連性または関連性などの相互作用の大きさに基づいて分類されます。 ほとんどのロンドンの分散力は非常に弱く、それらが存在する唯一の分子間力である場合、液体-おそらく油または他の炭化水素-は結合していません。 ただし、水素結合分子のように分子の結合が強い場合、液体は会合しています。 力が強いほど、数学的モデリングと対応する状態方程式はより複雑になります。

許容可能な状態方程式を開発するために、会合する液体は、会合しない液体よりも固体に似ていると考えられます。 一部の科学者は、二次元格子を組み込んだモデルを使用しており、関連する液体は少なくともいくつかの固体特性を持っていることを示唆しています。 3次元ではなく2次元のラティスは、ソリッドの動作コンポーネントが制限されていることを示します。 粒子の一部は格子の一部とは見なされないため、このモデルの流体（気体または液体）に割り当てられた名前は「格子気体」理論です。 溶媒中のポリマー系でよく示されているように、格子気体液体状態方程式の数学は直感に反し複雑になります。