Variables y ecuaciones de estado

El estado físico de una sustancia pura se define por el volumen V, la presión p, la temperatura T y la cantidad de una sustancia n.

Estas variables de estado se clasifican como extensivas, que disminuyen cuando se divide una muestra, o intensivas, que permanecen constantes independientemente del tamaño de la muestra.

Estas variables están interconectadas mediante una ecuación llamada ecuación de estado; cualquier cambio en una de las magnitudes físicas cambia las demás.

Por ejemplo, consideremos un cilindro de gas que tiene una presión y volumen iniciales determinados a temperatura ambiente. Calentar el cilindro de gas aumenta la energía de las moléculas de gas, haciendo que choquen con más frecuencia y con mayor fuerza. Esto aumenta la presión sobre las paredes del recipiente, lo que puede causar roturas a temperaturas suficientemente altas.

Para gases ideales, esta relación se expresa mediante la ecuación de gas ideal, donde se descuidan el tamaño molecular y las interacciones intermoleculares. Para una cantidad dada de gas, fijar dos variables se determina automáticamente la tercera.

Sin embargo, los gases reales requieren ecuaciones más complejas, como la ecuación de van der Waals, para acomodar fuerzas intermoleculares y tamaños moleculares reales.