理想気体方程式は、特定の気体の圧力、体積、および温度の間の関係を示します。これは、基本気体方程式または一般気体方程式として知られています。これは、いくつかの近似値を持つ仮想気体である理想気体に対してのみ有効ですが、それでも気体の基本的な挙動を記述して理解するのに役立ちます。これは、1834 年に Benot Paul Emile Clapeyron によって最初に述べられました。これは、以下に説明する基本的な気体法則の組み合わせです。
上で説明したように、理想気体方程式は 4 つの法則の組み合わせです。ボイルの法則、シャルルの法則、ゲイ・リュサックの法則、アボガドロの法則です。それでは、まずこれらの法律について簡単に紹介しましょう。
ボイルの法則
一定温度のガスの特定のモルの場合、特定のガスの圧力はその体積に反比例します。
V ∝ 1/P
PV =k1
どこで、
V はボリュームです
P はガスの圧力です
K1 は定数です
別の形式では、P1V1 =P2V2
と書くことができます。ここで、P1 は初期圧力、V1 は初期体積、P2 は最終圧力、V2 は最終体積です。
シャルルの法則
これは、一定の圧力で与えられた気体の質量の体積と温度を関連付けます。
陳述:「一定の圧力で一定量の気体の体積は、その絶対温度によって変化します。」
数学的には、次のように言えます-
V∝T
または V=KT
または V/T =K =定数
または、V1 / T1 =V2 / T2 と書くこともできます
ここでは、温度はケルビンで測定されます。イギリスの物理学者で数学者のケルビン卿は、この温度スケール (温度の絶対スケールと呼ばれます) を考案しました。 -273°C に相当する絶対零度は、スケールの最低点です。ガスの分子移動度は絶対零度 (-273°C) で停止し、ガスの体積はゼロになります。気体は液体または固体に変化します。その結果、絶対零度は気体物質が存在しない温度です。温度は常に、摂氏温度に 273 度を加算して計算されます。
数学的には、K=(°C+273)
この温度の絶対スケールは、気体の法則で使用されます。
ゲイ・リュサックの法則
これは、一定の体積で与えられたガスの質量の圧力と絶対温度を関連付けます。
説明:ボリュームは一定のままです。気体の所定の質量の圧力は、温度が 1 度変化するごとに 0°C での圧力の 273 だけ増減します。
P=P0(1+t273)
または P=P0(273+t273)
または P=P0(TT0)
ここで、T =(273 + t)K および T0 =273 K
または PT=P0T0
または PT=一定
「一定の体積では、与えられた量のガスの圧力は絶対温度に正比例します。」
アボガドロの法則
ステートメント:同一の温度と圧力の条件下では、すべてのガスの等量に等量の分子が含まれます。
STP では、1 モルのガス (6.0231023) 分子が 22.4L の体積を占めます。
特定の温度と圧力でのガスのモル体積は、特定の定数です。摂取したガスとは無関係です。
したがって、V∝n（一定の温度と圧力で）と書くことができます
または V1n1=V2n2
SATP (標準的な周囲温度と圧力) では、25°C と 1 バールの圧力、モル体積 =24800ml を意味します。
理想気体方程式
これで、上で説明した 4 つの法則すべてを組み合わせて理想気体方程式を書くことができます。
PV=定数 …………….(1)
PT=定数 ………………..(2)
V/T=定数……………….(3)
V1n1=定数
したがって、PV ∝ nT
と結論付けることができます。比例記号を取り除くと、PV=RnT
ここで、R は理想気体定数と呼ばれます。これはガスでも同じですが、使用されているユニットによって異なります。最も一般的な式は R =0.0821 (L*atm/mol*K) です または R=8.31 (J/mol*K)。
したがって、PV=nRT は理想気体の方程式と呼ばれます。
前に説明したように、この式は理想気体に対してのみ有効です。では、理想気体とは何でしょう？一般に、理想気体方程式に従う気体は理想気体であると言えます。
問題は、この方程式を他の方法で検証できるかどうかです。はい、理想気体方程式は、気体の動力学理論によっても検証できます。
気体の動力学理論に進む前に、理想気体の性質について説明しましょう。
<オール>したがって、上記の点から、別の気体方程式を導き出すことができます。
PV=13mNc2
ここで、m は気体分子の質量、N 分子の数、c は分子の平均速度です。
c2 は T に比例します
したがって、T が一定の場合、PV も一定であり、ボイルの法則が証明されます。
同様の方法で、この動力学理論方程式から他の法則を証明することができます。
結論
気体の法則は、熱物理を理解するための最も基本的な法則です。実在気体には当てはまりませんが、物質（基本的には気体）の挙動を正しく理解するのに役立ちます。特定の条件下では、多くのガスもこれらの法則に従います。ヘンリーの法則、ダルトンの分圧の法則、グラハムの法則など、他の気体の法則もあります。
