Variabili ed equazioni di stato

Lo stato fisico di una sostanza pura è definito dal volume V, dalla pressione p, dalla temperatura T e dalla quantità di una sostanza n.

Queste variabili di stato sono classificate come estese, che diminuiscono quando un campione viene diviso, o intensive, che rimangono costanti indipendentemente dalla dimensione del campione.

Queste variabili sono interconnesse tramite un'equazione chiamata equazione di stato; qualsiasi cambiamento in una delle grandtà fisiche cambia le altre.

Ad esempio, consideriamo una bombola di gas che ha una certa pressione e volume iniziali a temperatura ambiente. Riscaldare la bombola di gas aumenta l'energia delle molecole di gas, facendole scontrare più frequentemente e con maggiore forza. Questo aumenta la pressione sulle pareti del contenitore, potenzialmente causando la rottura a temperature sufficientemente elevate.

Per i gas ideali, questa relazione è espressa dall'equazione del gas ideale, dove la dimensione molecolare e le interazioni intermolecolari vengono trascurate. Per una data quantità di gas, fissare due variabili si determina automaticamente la terza.

Tuttavia, i gas reali richiedono equazioni più complesse, come l'equazione di van der Waals, per accogliere le forze intermolecolari e le dimensioni molecolari reali.