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実在気体は、いわゆる理想気体の法則の振る舞いから逸脱した気体です。理想気体は理論上の気体で、その振る舞いは一定の法則に従います。
理想気体の法則
理想気体の挙動を支配する法則は次のとおりです。
PV = nRT
どこ：
P = 圧力
V = ボリューム
n = ガスのモル数
R = ガス定数
T = 絶対温度
理想気体の法則は、化学的性質に関係なく、すべての理想気体に適用されます。しかし、この方程式は状態方程式であり、特定の条件のみを適用します。パーティクルは、ボリュームのない完全な弾性衝突として参加し、衝突する場合を除いて相互に作用しないと想定しています。つまり、気体は気体の運動分子理論に従って振る舞います。
実在気体と理想気体の類似点
- 実在気体にも理想気体にも質量があります。
- 気体は、液体や固体よりもはるかに密度が低くなります。気体の粒子は、現実のものも理想のものも、互いに非常に離れています。
- それらは非常にまばらであるため、粒子間の距離と比較して、ガス粒子のサイズと体積は非常に小さいです。
- 両方のガスの粒子は運動エネルギーを持っています。ガス粒子はランダムに移動しますが、衝突間は実質的に直線で移動します。
実在気体の挙動
実在気体は、分子間相互作用のために、理想気体のように振る舞わない気体です。理想気体の法則は、気体が衝突を経験する点質量で構成されているという仮定に基づいています。このように、実際のガスは、低温または高圧でのこれらの仮定から逸脱します。
- 圧力が増加すると、ガスの体積はゼロに近づきます。つまり、減少します。特定の空間を占有している分子がまだあるため、ゼロにはなりません。
- ガス間に存在する分子間力は、温度が下がるにつれて大きくなります。これは、この側面での分子の動きが停止するまで遅くなるためです。
したがって、これらの条件を変更すると、実在気体は次の 2 つの条件下で理想気体のように振る舞うことができます。
- 低圧: 多くのガスは低圧です。
- 上昇した温度: 気体では、上昇した温度は気化温度を超えるものと見なされます。したがって、室温であっても、実在気体に理想気体のように振る舞う運動エネルギーを与えるだけで十分です。
実在気体方程式
理想気体は通常、式 PV = nRT に従います。ここで、P は大気圧の圧力、V は体積 (リットル)、n はモル数、R は SI 単位で 0.082 L. atm/mol として表される理想気体定数です。 K、T はケルビンで測定された温度です。
実在気体の場合、圧力の定数を追加し、体積の別の定数を差し引くことによって、2 つの変化を導入する必要があります。新しい式は次のとおりです。
(P + an 2 )(V-nb) = nRT
ここで、「a」は特定のガスの分子間の引力定数、「b」は容器内の分子の体積です。また、上記の式から、「a」と「b」はそのガスの単一モルの値であるため、追加の「n」（モル）が与えられることに注意する必要があります。
そのため、正しい値を得るには、定数の値にモルの総数を掛ける必要があります。また、定数の値は、それぞれが異なる特性を持っているため、ガスごとに異なります。
実在気体の方程式は、ファン デル ワールスの方程式と呼ばれます。ここで重要なことは、定数「a」と「b」の値も知っておく必要があるということです。幸いなことに、定数「a」と「b」はすぐに入手でき、検索可能です。
ソース
Helmenstine、A.（2021）。リアルガス対理想ガス。2022 年 2 月 14 日にhttps://sciencenotes.org/real-gas-vs-ideal-gas/から取得
リアルガス。（2013）。2021 年 5 月 30 日、 https://cutt.ly/onsPSqrから取得
