Wat is een staatsvergelijking?
In de thermodynamica is een toestandsvergelijking (EOS) de wiskundige uitdrukking die de samenhang beschrijft tussen toestandsvariabelen - in het algemeen macroscopisch waarneembare en meetbare eigenschappen - voor een bepaalde toestand. Die toestand kan vast, vloeibaar, gas of plasma zijn. Waarnemingen of eigenschappen die in een toestandsvergelijking worden gebruikt, kunnen door de theoreticus worden gevarieerd, maar over het algemeen beschrijven ze de staat volledig. De toestandsvergelijking voor "n" mol van een ideaal gas kan bijvoorbeeld volledig worden beschreven met behulp van de vergelijking PV = nRT, waarbij P = druk, V = volume, R = de ideale gasconstante en T = temperatuur. Merk op dat een EOS bedoeld is om niet meer dan één toestand te beschrijven, of die toestand vast, vloeibaar of gas is.
Zodat een toestandsvergelijking het werkelijke gedrag beter kan benaderen, worden parameters zoals de drie hierboven opgesomd door aanvullende empirische - experimentele - en zelfs computationele termen. Onder deze termen bevinden zich atoomvolume, dat aftrekt van het totale volume, en intermoleculaire kracht, die de afstand tussen deeltjes beïnvloedt. Zelfs deze aanpassingen zijn mogelijk niet voldoende. Om een toestandsvergelijking te verzoenen met de gemeten gegevens die het is bedoeld om uit te leggen, kunnen virale wiskundige termen en iteratieve berekeningsmethoden vereist zijn. Dergelijke termen verdoezelen intellectuele interpretatie, maar ze verbeteren wel de praktische toepassing.
Een aanvaardbare toestandsvergelijking kan moeilijk zijn om af te leiden voor vloeibare systemen, omdat ze een veel grotere mate van moleculaire interactie ervaren als gevolg van moleculen die veel dichter bij elkaar liggen dan voor gassen. Vloeistoffen worden gecategoriseerd op basis van de omvang van dergelijke interacties als niet-associërend of als associërend. De meeste dispersiekrachten in Londen zijn vrij zwak en als zij de enige aanwezige intermoleculaire krachten zijn, is de vloeistof - misschien een olie of andere koolwaterstof - niet-associërend. Als de verbinding van moleculen echter sterker is, zoals bij waterstofgebonden moleculen, associeert de vloeistof. Hoe sterker de krachten, hoe complexer de wiskundige modellering en de bijbehorende toestandsvergelijking.
Voor de ontwikkeling van een aanvaardbare toestandsvergelijking kan worden aangenomen dat geassocieerde vloeistoffen meer op vaste stoffen lijken dan niet-geassocieerde vloeistoffen. Sommige wetenschappers gebruiken een model met een tweedimensionaal rooster, wat suggereert dat bijbehorende vloeistoffen ten minste enkele vaste eigenschappen hebben. Een rooster dat tweedimensionaal is in plaats van driedimensionaal, geeft aan dat de solide gedragscomponent beperkt is. Aangezien sommige van de deeltjes niet als deel van het rooster worden beschouwd, is de naam die aan dit model voor vloeistoffen wordt toegekend - of het nu gas of vloeistof is - de theorie van het "rooster-gas". De wiskunde van rooster-gas-vloeistofvergelijkingen kan contra-intuïtief en complex worden, zoals goed wordt geïllustreerd door polymeer-in-oplosmiddelsystemen.