Что происходит с формулой PV=nRTPV=nRTPV=nRT, когда газ переходит в жидкую фазу?

Эта формула строго применима для газов. Итак, что происходит с этой формулой, так это то, что она больше не действует. При малой плотности газа этот закон выполняется для любого отдельного газа или для любой смеси различных газов. Однако интересно, что для осмотического давления жидкости мы имеем аналогичную формулу

$$\pi=CRT$$ где $\pi$осмотическое давление и $C$является концентрация.

«Закон идеального газа» (IGL) (pV = nRT) — это «уравнение состояния», и любое такое уравнение представляет собой отношение между макроскопическими «переменными состояния» материальной системы в данной фазе. Следовательно, форма уравнения состояния зависит от фазы системы. Основное предположение IGL состоит в том, что молекулы не взаимодействуют никакими другими способами, кроме точечных столкновений; следовательно, спецификатор «Идеальный», поскольку молекулы взаимодействуют. Сила взаимодействия, среди прочих свойств, определяет фазу вещества: очень слабое взаимодействие для газообразного состояния, слабое взаимодействие для жидкого состояния и сильное для твердого состояния. Поскольку IGL вообще не предполагает никаких взаимодействий, материал никогда не перейдет в жидкое состояние.

Однако в действительности молекулы газа взаимодействуют слабо, и есть несколько других моделей, которые лучше описывают газы, например, «уравнение Ван-дер-Ваальса». Любое такое реалистичное уравнение будет колебаться в некоторых «критических точках», то есть в некоторых значениях переменных состояния, при которых уравнение становится математически или физически несогласованным. Такие критические точки предвещают фазовый переход. Если уравнение состояния достаточно реалистично (например, уравнение состояния «Пенга-Робинсона»), то оно может быть действительным в той же форме и в жидкой фазе. Если нет, то его следует заменить на соответствующий.

Итак, что именно происходит с уравнением состояния при изменении фазы, неоднозначно; оно зависит от того, насколько точно оно описывает физическую реальность, а его точность зависит от предположений, которые привели к построению уравнения.

Закон идеального газа применяется в системах, состоящих из большого числа частиц (атомов или молекул), полностью независимых друг от друга, как в разбавленном газе. В этой ситуации частицы могут двигаться во всех направлениях пространства, не мешая другим. Это идеальная ситуация, отсюда и название идеальный газ . Закон

$$PV=nRT$$ является непосредственным следствием этой независимости. Обратите внимание, что число частиц равно $N=n\times\mathcal N_{\text A}$и писать $k_{\text B}=R/\mathcal N_{\text A}$постоянной Больцмана, закон идеального газа переписывается как $$PV=Nk_{\text B}T.$$ Во втором выражении появляется количество частиц, показывая, что каждая частица вносит одинаковое количество энергии, независимо от ее массы, природы и т. д.

В жидкости частицы не независимы друг от друга, потому что им выгоднее оставаться близко друг к другу. Возможности движения частицы сильно сокращаются, закон идеального газа уже нельзя использовать. Конечно, это замечание применимо и к твердым телам, где движения частиц еще более ограничены.

Замечание , вдохновленное ответом @arutor egni.

В разбавленном растворе частицы жидкости также имеют самостоятельные движения, если раствор не слишком концентрированный. Ситуация фактически такая же, как для идеального газа и закона Ван Т'Гоффа.

$$\Pi V=Nk_{\text B}T$$ применяется по той же причине. Обратите внимание, что $N$здесь логически количество частиц (полимеров), а не количество атомов, составляющих полимер.