In termodinamica, un’equazione di stato (EOS) è l’espressione matematica che descrive l’interconnessione tra le variabili di stato – proprietà generalmente osservabili e misurabili macroscopicamente – per un particolare stato. Tale stato può essere solido, liquido, gassoso o plasma. Gli osservabili o le proprietà usate in un’equazione di stato possono essere variati dal teorico, ma generalmente descrivono completamente lo stato. Ad esempio, l’equazione di stato per “n” moli di un gas ideale può essere completamente descritta utilizzando l’equazione PV=nRT, dove P=pressione, V=volume, R=costante del gas ideale e T=temperatura. Si noti che un EOS ha lo scopo di descrivere non più di uno stato, indipendentemente dal fatto che tale stato sia solido, liquido o gassoso.
In modo che un’equazione di stato possa approssimare più da vicino il comportamento reale, parametri come i tre sopra elencati vengono modificati da ulteriori termini empirici — sperimentali — e persino computazionali. Tra questi termini ci sono il volume atomico, che sottrae dal volume totale, e la forza intermolecolare, che influisce sulla distanza tra le particelle. Anche questi aggiustamenti potrebbero non essere sufficienti. Per riconciliare l’equazione con i dati misurati che si intende spiegare, possono essere necessari termini matematici viriali e metodi computazionali iterativi. Tali termini oscurano l’interpretazione intellettuale, ma migliorano l’applicazione pratica.
Un’equazione di stato accettabile può essere difficile da derivare per i sistemi liquidi, perché sperimentano un grado di interazione molecolare molto maggiore derivante dal fatto che le molecole sono molto più vicine tra loro rispetto ai gas. I liquidi sono classificati in base all’entità di tali interazioni come non associati o associati. La maggior parte delle forze di dispersione di Londra sono piuttosto deboli e se sono le uniche forze intermolecolari presenti, il liquido – forse un olio o un altro idrocarburo – non è associato. Se, tuttavia, l’unione delle molecole è più forte, come per le molecole legate all’idrogeno, il liquido si sta associando. Più forti sono le forze, più complessa è la modellazione matematica e la corrispondente equazione di stato.
Per lo sviluppo di un’equazione accettabile, l’associazione dei liquidi può essere considerata più simile ai solidi rispetto ai liquidi non associati. Alcuni scienziati usano un modello che incorpora un reticolo bidimensionale, suggerendo che i liquidi associati posseggono almeno alcune caratteristiche solide. Un reticolo bidimensionale anziché tridimensionale indica che la componente del comportamento solido è limitata. Poiché alcune delle particelle non sono considerate parte del reticolo, il nome assegnato a questo modello per i fluidi, sia gassosi che liquidi, è teoria del “lattice-gas”. La matematica delle equazioni di stato liquido reticolo-gas può diventare controintuitiva e complessa, come è ben illustrato dai sistemi polimero-in-solvente.