理想気体の状態方程式は、理想気体の圧力、体積、数、温度の関係に関する法則を式で表したものです。
この単純な方程式を使用すると、知らない残りの変数を見つけることができます。この過程を数学では「方程式を解いた」と表現します。
方程式は次の形をしています。
圧力 × 体積 ∝ (ガス粒子)数 × 温度
「∝」記号は、この方程式が比例式であることを示します。 比例式を等式に置き換えるには、「比例定数」を使用する必要があります。 このとき使用する比例定数は理想気体定数(R)として知られています。
以下の式は、化学でよく使用される単位を適用したものです。 温度単位で絶対温度(K)を使用することに注意してください。
「Solve」ボタンをクリックすると、その変数の解が得られます。
P | V | = | n | R | T | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
× | = | × | 0.082 | × | ||||
気圧、atm | L | mol | L⋅atm/K⋅mol | K (0℃) | ||||
以下の式は、物理学でよく使用される単位を適用したものです。 温度単位で絶対温度(K)を使用することに注意してください。
「Solve」ボタンをクリックすると、その変数の解が得られます。
P | V | = | n | R | T | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
× | = | × | 8.314 | × | ||||
Pa, N/m² | m³ | mol | J/K⋅mol | K (0℃) | ||||
異常気体の条件
ここでいう理想気体(ideal gas)とは、理想気体の法則に従う仮想の気体をいいます。 理想気体は次の条件を満たす必要があります。
- 気体分子は非常に小さく、同一であるため、互いに区別することができない。
- 気体分子は非常に小さいと仮定するため、分子自体の体積は無視する。
- 気体分子の相互作用は物理的な衝突だけです。 分子はどこと衝突しても完全弾性衝突をする。
- 分子の運動はニュートンの運動法則に従います。
- 分子はランダムに動く。 言い換えれば、分子の動きは統計的にのみ記述することができ、個々の動きについては扱いません。
実際の気体粒子は体積を持ち、互いに相互作用します。 したがって、厳密に見ると、すべての気体は理想気体になることはできません。
ただし、非常に高い温度と低圧では、ほとんどの気体は理想気体と同様の性質を持ちます。