Qu'est-ce qu'une équation d'état?
En thermodynamique, une équation d'état (EOS) est l'expression mathématique qui décrit l'interconnexion entre des variables d'état - généralement des propriétés observables et mesurables de manière macroscopique - pour un état particulier. Cet état peut être solide, liquide, gazeux ou plasma. Les observables ou les propriétés utilisées dans une équation d'état peuvent être modifiés par le théoricien, mais ils décrivent généralement complètement l'état. Par exemple, l'équation d'état pour “n” moles d'un gaz idéal peut être complètement décrite à l'aide de l'équation PV = nRT, où P = pression, V = volume, R = la constante du gaz idéal et T = température. Notez qu'un EOS est destiné à décrire pas plus d'un état, que cet état soit solide, liquide ou gazeux.
Pour qu'une équation d'état puisse se rapprocher davantage du comportement réel, des paramètres tels que les trois énumérés ci-dessus sont modifiés par d'autres termes empiriques - expérimentaux - et même de calcul. Parmi ces termes figurent le volume atomique, qui soustrait du volume total, et la force intermoléculaire, qui affecte la distance entre les particules. Même ces ajustements peuvent ne pas suffire. Pour réconcilier une équation d'état avec les données mesurées qu'il est censé expliquer, il peut être nécessaire d'utiliser des termes mathématiques viriaux et des méthodes de calcul itératives. Ces termes obscurcissent l'interprétation intellectuelle, mais ils améliorent l'application pratique.
Une équation d'état acceptable peut être difficile à dériver pour les systèmes liquides, car ils subissent un degré d'interaction moléculaire beaucoup plus grand résultant de molécules beaucoup plus proches les unes des autres que pour les gaz. Les liquides sont classés en fonction de la magnitude de telles interactions: non associées ou associées. La plupart des forces de dispersion de London sont assez faibles et si elles sont les seules forces intermoléculaires présentes, le liquide - peut-être un pétrole ou un autre hydrocarbure - ne s'associe pas. Cependant, si la jonction de molécules est plus forte, comme c'est le cas pour les molécules liées à l'hydrogène, le liquide s'associe. Plus les forces sont fortes, plus la modélisation mathématique et l'équation d'état correspondante sont complexes.
Pour l'élaboration d'une équation d'état acceptable, on peut considérer que les liquides d'association ressemblent davantage aux solides que les liquides non associés. Certains scientifiques utilisent un modèle incorporant un réseau bidimensionnel, suggérant que les liquides associés possèdent au moins certaines caractéristiques solides. Un réseau bidimensionnel plutôt que tridimensionnel indique que le composant de comportement solide est limité. Étant donné que certaines des particules ne sont pas considérées comme faisant partie du réseau, le nom attribué à ce modèle pour les fluides - qu’il s’agisse de gaz ou de liquide - correspond à la théorie «gaz en réseau». Les mathématiques des équations d'état liquide-réseau en réseau peuvent devenir contre-intuitives et complexes, comme l'illustrent les systèmes polymère dans solvant.