理想気体と実在気体

理想気体

分子間力がなく、分子自身の体積を0とした仮想的な気体で、気体の状態方程式が成り立つ。

実在気体

実在する気体。冷却したり、圧力を加えたりすると液体になってしまうため、気体の状態方程式が厳密にはなりたたない。

実在気体の理想気体からのずれ

ずれの尺度

理想気体では、次のZの値は、常に1になる。

PV/nRT=Z

実在気体においては、温度、圧力の条件によってZの値は必ずしも1にならない。

実在気体のZの値が、1からどれだけずれるかによって理想気体からのずれの程度がわかる。

温度の影響

温度が低くなると、気体分子の熱運動のエネルギーが小さくなり、分子間力の影響が無視できなくなる。よって、分子間力によって分子同士がひきあうので、理想気体と比べて体積が小さくなる。そのため、実在気体のZの値は1からずれる。

しかし、温度を高くすると、気体分子の熱運動が激しくなり、分子間力の影響を無視できるようになり、Zの値は1に近づいていく。

圧力の影響

圧力が大きくなると(気体を圧縮すると)、気体分子同士が接近するため、分子間力を無視できなくなる。そのため理想気体と比べて体積が小さくなり、Zの値は1からずれる。

また、圧縮することによって気体(全体)の体積が小さくなり、分子自身の体積の影響が大きくなり、Zの値は1からずれる。

実在気体への状態方程式の適用

実在気体は、低温・高圧になるほど分子間力や分子自分の体積の影響が大きくなり、理想気体からのずれが大きくなる。

しかし、高温・低圧では、それらの影響が無視できるようになるので、理想気体とみなすことができる。

常温・常圧(25℃=298 K、1気圧)付近では、実在気体でも理想気体とみなすことができ、状態方程式を適用することができる。