日別アーカイブ: 2019年5月23日

ファンデルワールスの状態方程式

理想気体の状態方程式

理想気体(完全気体)では、以下の式が成立する。
pV=nRT
(p:圧力、V:体積、n:物質量、R:気体定数、T:絶対温度)

理想気体(完全気体)においては、温度、圧力、体積、物質量の間に理想気体の状態方程式が成立し、3つの項目がわかれば、残りの変数を求めることが可能である(例えば、温度、圧力、体積がわかれば物質量を算出することが可能である。)。
理想気体の状態方程式は、固体や液体状態では成立せず、理想気体(完全気体)で成立する式となっており、以下の3つの法則を1つにまとめたものである。

① 温度が一定の場合、一定の物質量の気体が示す圧力は体積に反比例する
(ボイルの法則)
② 気体の示す圧力が一定の場合、一定の物質量の気体の体積はその温度に比例する
(シャルルの法則)
③ 同温度、同圧力、同体積の気体は、種類によらず同数の分子を含む
(アボガドロの法則)


実在気体の状態方程式

実在気体では、以下の式が成立する。

(a、b:分子に固有な定数)
理想気体では、気体分子の体積がなく、気体分子同士の分子間相互作用がないと考えられていることから、実在気体の状態を考えるに当たっては、理想気体と異なり、以下の2項目を考える必要がある。
① 気体分子には体積があるのでその体積を無視することはできない。
② 気体分子同士には分子間相互作用が存在する。

<実在気体における式と理想状態のおける式の違い>
 実在状態では、気体分子による体積が存在するため、全体の体積より気体分子による体積を引き算すると、理想状態の体積と同等と考えることができる。また、実在状態では、分子間力(ファンデルワールス力)により、圧力が減少しているため、減少した圧力を足し算すると、理想状態の圧力と同等と考えることができる。


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