主な違い - 理想気体の法則とファンデルワールス方程式

理想気体の法則は基本的な法則であり、ファンデルワールス方程式は理想気体の法則を修正したものである。理想気体の法則とファンデルワールス方程式の大きな違いは、理想気体の法則の式が理想気体に適用されるのに対し、ファンデルワールス方程式は理想気体にも実際の気体にも適用される点である。

気体とは、物質の気相に存在する化合物である。気体の挙動や性質を理解するために、気体の法則を用います。これらの気体の法則は、理想気体の性質を記述するために使われる。理想気体とは、理想的な気体の分子間には重力が存在しないというユニークな性質を持つ仮想的な気体化合物のことである。しかし、実際の気体は理想気体とは大きく異なる。しかし、適切な条件下（高温・低圧）では、理想気体として振る舞う現実の気体もある。そのため、気体の法則を実際の気体に適用するためには、修正が必要である。

カタログ

1.概要と主な違い 2.理想気体の法則とは 3.ファンデルワールス方程式とは 4.並置比較-理想気体の法則とファンデルワールス方程式を表形式で 5.まとめ

理想気体の法則式は何ですか？

理想気体の法則の式は、化学の基本法則である。理想気体の法則とは、理想気体の圧力と体積の積は、理想気体の温度と気体粒子の数の積に比例する、というものです。理想気体の法則の式は以下のようになります。

PV=NkT

ここで、Pは圧力、Vは体積、Nは気体粒子の数、Tは理想気体の温度である。"k "はボルツマン定数と呼ばれる比例定数（この定数の値は1.38x10-23j/k）である。しかし、この式の最も一般的な形は以下の通りである。

PV=nRT

P は圧力、V は体積、n は気体のモル数、T は気体の温度で、r は普遍気体定数（8.314 Jmol-1K-1 ）として知られています。この式から、以下の式が導かれる。

ボルツマン定数(k)＝R/N

この関係を基本式に当てはめてみると

PV = N x (R/N) x T

PV=RT

n "モルの場合

PV=nRT

ファンデルワールスほうていしきは何ですか？

ファンデルワールス方程式は、理想気体の法則を修正したものである。この式は、現実の気体にも理想気体にも適用される。理想気体の法則は、気体分子の体積が現実の気体の体積に比べてかなり大きく、現実の気体分子間には引力が働くため、適用できない（理想気体の分子の体積は全体の体積に比べて僅少で、気体分子間には引力が生じない）。ファンデルワールス方程式は以下のようになります。

(P+a{n/V}2)({V/n}-b) = nRT

ここで、aは気体の種類に依存する定数、bも気体1モルあたりの体積（気体分子が占める割合）を与える定数である。理想律の方程式の補正として使用される。

図01：理想気体に対する現実の気体の挙動

1. ボリューム補正

実際の気体分子の体積は、（理想気体とは異なり）無視できない。そのため、体積補正を行う。b-Vは体積補正量。これにより、気体分子が移動できる実際の体積（実際の体積＝総体積-有効体積）が求められる。

2. 圧力補正

気体の圧力とは、気体分子が容器の壁に与える圧力のことです。現実の気体分子間には重力が働くため、理想状態の圧力とは異なる。その後、圧力補正が行われる。(P+a{n/V}2)は圧力補正です。(理想的な圧力＝観測圧力＋圧力補正）。

理想気体の法則とファンデルワールスほうていしきの違い

概要 - 理想気体の法則 vs. ファンデルワールスほうていしき

気体状態は、物質の3つの主要な相のうちの1つである。気体の挙動や性質は、気体の法則を用いて決定したり予測したりすることができます。理想気体の法則は、理想気体に適用される基本的な法則である。しかし、現実の気体を考える場合、理想気体の法則の方程式を修正する必要がある。理想気体の法則とファンデルワールス方程式の違いは、理想気体が理想気体の法則の方程式を与えるのに対し、ファンデルワールス方程式は理想気体にも実気体にも適用されることである。

引用

1. "Real Gases", Chemistry Lyrics, Lyrics, 1 February 2016.こちらから入手可能です 2. Nave, C R. "Van der Waals equation of state", Superphysics, 2016.ここでは3つを紹介します。ボルドー、スバッシュ"ファンデルワールス方程式" 科学本部エド・ロッド・ピアース. 2013年2月18日. 2018年3月22日.こちらで入手可能です 2.ナベ、C R.「ファンデルワールス状態方程式」、スーパーフィジックス、2016年 3.ボルドー、スバッシュ"The Van der Waals equation" 科学本部。エド・ロッド・ピアース. 2013年2月18日. 2018年3月22日.