Virialkoefficienter

Virialkoefficienter är koefficienter som förekommer i virialutvecklingen av tillståndsekvationen för ett system av interagerande partiklar. De beskriver hur verkliga gasers beteende avviker från idealgaslagen och är särskilt meningsfulla vid måttlig densitet där många kroppars korrelationer blir relevanta. Oftast uttrycks virialutvecklingen för den dimensionlösa konstanten Z = PV/RT som Z = 1 + B2(T) ρ + B3(T) ρ^2 + … där ρ = N/V är densiteten. För expertanvändning finns även en form i expansionen av trycket i termer av tryck P: Z = 1 + B2′(T) P + B3′(T) P^2 + …, men de vanligaste är densitetsformen.

Den andra virialkoefficienten B2(T) fås direkt ur tvåpartikelpotentialen u(r). I tre dimensioner är B2(T) ofta given av B2(T) = −2π ∫0^∞ [e^(−βu(r)) − 1] r^2 dr, där β = 1/(kB T). Den tredje och senare virialkoefficienter, B3(T), B4(T), …, fås från flerpartikelkorrelationer och definieras generellt via Mayer-faktorer fij = e^(−βuij) − 1 och multidimensionella integraler. Dessa koefficienter är temperaturberoende och, i fallet av blandningar, beroende av molekylsammansättningen.

Användningar inkluderar kryptering av verkliga gasers tillstånd, att extrahera intermolekylära krafter från PVT-data och att ge ingångsvärden till teoretiska beräkningar och simuleringar. Begränsningen är att virialutvecklingen konvergerar endast vid låg till måttlig densitet; vid högre densiteter krävs andra modeller eller fullständiga ekvationer tillstånd.