Co to jest równanie stanu?
W termodynamice równanie stanu (EOS) jest wyrażeniem matematycznym, które opisuje wzajemne powiązania między zmiennymi stanu - ogólnie obserwowalnymi makroskopowo i mierzalnymi - dla określonego stanu. Ten stan może być stały, ciekły, gazowy lub plazmowy. Teoretycy mogą zmieniać obserwowalne lub własności równania stanu, ale generalnie całkowicie opisują stan. Na przykład równanie stanu dla „n” moli gazu doskonałego można całkowicie opisać za pomocą równania PV = nRT, gdzie P = ciśnienie, V = objętość, R = stała gazu idealnego, a T = temperatura. Należy zauważyć, że EOS ma na celu opisanie nie więcej niż jednego stanu, niezależnie od tego, czy jest to ciało stałe, ciecz czy gaz.
Aby równanie stanu mogło dokładniej aproksymować rzeczywiste zachowanie, parametry, takie jak trzy wymienione powyżej, są modyfikowane przez dodatkowe terminy empiryczne - eksperymentalne - a nawet obliczeniowe. Wśród tych terminów są objętość atomowa, która odejmuje się od całkowitej objętości, oraz siła międzycząsteczkowa, która wpływa na odległość między cząsteczkami. Nawet te korekty mogą nie wystarczyć. Aby pogodzić równanie stanu ze zmierzonymi danymi, które ma wyjaśnić, mogą być wymagane wirusowe terminy matematyczne i iteracyjne metody obliczeniowe. Takie terminy zaciemniają intelektualną interpretację, ale poprawiają praktyczne zastosowanie.
Dopuszczalne równanie stanu może być trudne do wyprowadzenia dla układów płynnych, ponieważ doświadczają one znacznie większego stopnia interakcji molekularnych wynikającego z faktu, że cząsteczki są znacznie bliżej siebie niż dla gazów. Ciecze są podzielone na kategorie na podstawie wielkości takich interakcji jako niesocjujące lub asocjujące. Większość sił dyspersyjnych w Londynie jest dość słaba i jeśli są to jedyne obecne siły międzycząsteczkowe, ciecz - być może olej lub inny węglowodór - nie łączy się. Jeśli jednak połączenie cząsteczek jest silniejsze, tak jak w przypadku cząsteczek związanych z wodorem, ciecz wiąże się. Im silniejsze siły, tym bardziej złożone modelowanie matematyczne i odpowiadające mu równanie stanu.
W celu opracowania akceptowalnego równania stanu ciecze łączące można uznać za bardziej podobne do ciał stałych niż ciecze niepołączone. Niektórzy naukowcy używają modelu zawierającego dwuwymiarową sieć, sugerując, że łączenie cieczy ma co najmniej pewne cechy stałe. Sieć, która jest raczej dwuwymiarowa niż trójwymiarowa, wskazuje, że stały komponent zachowania jest ograniczony. Ponieważ niektóre cząstki nie są uważane za część sieci, nazwa przypisana do tego modelu dla płynów - czy to gazowych, czy płynnych - to teoria „sieci gazowej”. Matematyka równań stanu sieci ciecz-gaz może stać się sprzeczna z intuicją i złożona, co dobrze ilustrują układy polimer-w-rozpuszczalniku.