気体

気体（gas）は、一定の形や体積を持たず、容器全体へ広がる物質の状態である。

気体の状態量

圧力 P、体積 V、温度 T、物質量 n などで状態を表す。十分に希薄な気体は理想気体として近似できる。

理想気体の状態方程式

理想気体では PV=nRT が成り立つ。R は気体定数である。実在気体では分子間力や分子自身の体積によりずれが生じる。

分子運動

気体分子は熱運動によって高速で移動し、容器壁との衝突が巨視的な圧力として現れる。

温度と単位をそろえる

PV=nRTのTは絶対温度Kであり、摂氏温度をそのまま使わない。圧力Pa、体積m³ならR≈8.314 J/(mol K)を使う。Lやatmを使う場合はRも対応する単位へ変える。理想気体のモル体積は温度と圧力に依存し、常に22.4 L/molではない。

例：室温での体積

1.00 molの理想気体を298 K、1.00×10⁵ Paとすると、V=nRT/P≈0.0248 m³=24.8 Lとなる。温度と物質量を一定にして体積を半分にすれば、圧力は2倍になる。密閉容器で加熱する場合は体積が一定なので、圧力が絶対温度に比例する。

混合気体と実在気体

理想気体の混合物では各成分の分圧pᵢ=xᵢPとなり、全圧は分圧の和になる。実在気体は高圧や凝縮に近い温度で、分子の体積や引力を無視しにくい。圧縮係数Z=PV/(nRT)が1からどれだけ外れるかを指標にできる。一定の質量でも、元素の違う気体ではモル数が異なることに注意する。

関連項目