理想気体と現実気体

気体とは、物質が存在する状態の一つである。固体や液体とは相反する性質を持っているのです。気体は秩序を持たず、任意の空間を占有する。その挙動は、温度や圧力などの変数に強く影響される。

理想気体とは？

理想気体とは、私たちが研究に用いている理論的な概念である。ガスが理想的であるためには、次のような性質を持っていることが必要である。このうち1つでも欠けると、そのガスは理想的とはみなされない。

-気体の分子間に働く分子間力は無視できる。

-気体の分子は点粒子として扱われるため、分子が占める空間に対して体積は微々たるものです。

通常、気体分子は任意の空間を満たします。このように、広い空間を空気が占めると、気体分子そのものは空間に比べて非常に小さくなります。したがって、気体分子が点粒子であるという仮定はある程度正しいのです。しかし、気体の中にはかなり大きな分子もあります。ボリュームを無視すると、このような場合、エラーが発生します。第一の仮定によれば、気体分子間の分子間相互作用はないと考えなければならない。しかし、現実には、少なくとも弱い相互作用が存在する。しかし、気体の分子は高速でランダムに動く。そのため、他の分子と分子間相互作用をする時間が十分にない。この点からも、第一の仮説を受け入れることに一定の正当性がある。理想気体は理論的とは言いますが、100％正しいとは言い切れません。気体が理想気体として作用する状況がある。理想気体は、圧力、体積、温度の3つの変数を持っています。理想気体は以下の式で定義されます。

PV=nRT=NkT

P = 絶対圧

V＝体積

n = モール数

N = 分子の数

R = 普遍気体定数

T＝絶対温度

K = ボルツマン定数

限界はありますが、上記の式で気体の挙動を判断しています。

リアルガスとは？

この2つのうちどちらか、あるいは両方の仮定が無効であるとき、その気体は実気体と呼ばれる。私たちは、自然環境の中で本物のガスに実際に出会います。実際の気体は、非常に高い圧力では理想状態とは異なる。これは、非常に高い圧力をかけると、充填されているガスの体積が非常に小さくなってしまうためである。宇宙に比べれば、分子の大きさは無視できない。さらに、理想気体は極低温でその真価を発揮する。低温では、気体分子の運動エネルギーは非常に小さい。その結果、動きが鈍くなる。このため、気体分子間には分子間相互作用があり、これを無視することはできない。実際の気体では、挙動が異なるため、上記の理想気体の式は使えません。実際の気体の計算には、もっと複雑な方程式がある。