O que é Equação de Estado – Definição

Equação de estado

Na termodinâmica , uma equação de estado é uma equação termodinâmica que relaciona variáveis ​​de estado que caracterizam o estado da matéria sob um determinado conjunto de condições físicas. Equações de estado são usadas para descrever gases, fluidos, misturas de fluidos, sólidos e o interior das estrelas. Na física dos sólidos, uma equação de estado é usada para representar como o volume ou a densidade equivalente de um material varia em função da profundidade, isto é, em função da pressão e da temperatura.

O uso mais proeminente de uma equação de estado é correlacionar densidades de gases e líquidos a temperaturas e pressões.

Talvez uma das primeiras expressões de uma equação de estado seja a Lei de Boyle-Mariotte . No final do século XVII, Robert William Boyle e Edme Mariotte estudaram independentemente a relação entre o volume e a pressão de um gás a temperatura constante. Os resultados de certas experiências com gases sob pressão relativamente baixa levaram Robert Boyle a formular uma lei bem conhecida. Afirma que:

Para uma massa fixa de gás a temperatura constante, o volume é inversamente proporcional à pressão.

Isso significa que, por exemplo, se você aumentar o volume 10 vezes, a pressão diminuirá 10 vezes. Se você reduzir pela metade o volume, dobrará a pressão.

Você pode expressar isso matematicamente como:

pV = constante

Esta lei é uma das leis de gás que foram completamente desenvolvidas no final do século XVIII. Essas leis ou declarações precederam a lei dos gases ideais, uma vez que, individualmente, essas leis são consideradas casos especiais da equação do gás ideal, com uma ou mais variáveis ​​mantidas constantes.

Uma das equações de estado mais conhecidas é a dos gases ideais, a lei dos gases ideais . Como o gás ideal é definido como aquele em que todas as colisões entre átomos ou moléculas são perfeitamente elásticas e nas quais não há forças de atração intermoleculares, não existe na natureza algo como um gás verdadeiramente ideal. Por outro lado, todos os gases reais se aproximam do estado ideal em baixas pressões (densidades) e temperaturas moderadas. A baixas pressões, as moléculas estão suficientemente afastadas para não interagirem umas com as outras.

pV = nRT

Onde:

• p é a pressão absoluta do gás
• n é a quantidade de substância
• T é a temperatura absoluta
• V é o volume
• R  é a constante de gás ideal, ou universal, igual ao produto da constante de Boltzmann e da constante de Avogadro,

Nesta equação, o símbolo R é uma constante chamada constante universal de gás que tem o mesmo valor para todos os gases – ou seja, R = 8,31 J / mol K.

O poder da lei do gás ideal está em sua simplicidade. Quando quaisquer duas das variáveis ​​termodinâmicas, p, ve T são dadas, a terceira pode ser facilmente encontrada. No entanto, a lei ideal do gás se torna imprecisa a pressões mais altas e temperaturas mais baixas, e falha completamente em prever mudanças de fase, por exemplo, uma condensação de um gás para um líquido. Portanto, várias equações de estado mais precisas foram desenvolvidas para gases e líquidos. Por exemplo, a equação de estado de Van der Waals formulada em 1877.