Ученые из Корейского института гражданского строительства и строительных технологий разработали новое кубическое уравнение состояния, которое обеспечивает физическое обоснование математической структуры, на которую химическая и нефтяная промышленность опирались более полувека без объяснения на основе фундаментальных принципов.
До сих пор инженеры использовали проверенные временем формулы, такие как уравнения Соаве-Редлиха-Квонга, Пенга-Робинсона и другие. Они хорошо работают на практике, но долгое время никто не мог объяснить, почему именно их математическая структура так эффективна. Это было похоже на то, как если бы человек пользовался сложным инструментом, не зная, как он устроен изнутри.
Ученый Ли Джай-еп и его команда вернулись к старой идее 1913 года, предложенной физиком Хуго Тетроде, который рассматривал молекулы в жидкости не как свободно движущиеся частицы, а как вибрирующие объекты. Включив эту идею в современные расчеты, авторы добавили новый параметр — d, отражающий вибрационные свойства молекул. Оказалось, что привычная форма уравнений не случайна: она — самая простая, которая одновременно соответствует законам физики, остается математически решаемой и достаточно гибка, чтобы точно описывать разные вещества.
Проверка показала, что новая модель работает лучше существующих: средняя ошибка в расчете объема жидкости составила всего 4,0%, тогда как у других методов — от 4,6% до 13,7%. При этом новое уравнение не требует дополнительных подгоночных параметров — оно работает на основе только фундаментальных свойств вещества, таких как критическая температура и давление.
Интересно, что параметр d оказался не просто математическим трюком: он четко связан с силой взаимодействия между молекулами. Например, у аргона он маленький, а у воды, где молекулы сильно связаны, — значительно больше. Это позволяет не только точнее предсказывать поведение веществ, но и лучше понимать их природу.
Благодаря своей точности и физической прозрачности, новая модель может пригодиться при разработке технологий будущего, например, в водородной энергетике, улавливании углекислого газа или создании экологически чистого аммиачного топлива. Теперь инженеры получают не просто формулу, а инструмент с понятной физической основой.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в МГУ нейросеть обучили определять свойства веществ по одной формуле.