主な相違点 – 実気体 vs 理想気体

気体とは、物質が存在し得る物理的状態の一種です。

化合物の粒子または分子が容器内の任意の場所を自由に移動できる場合、この化合物は気体と呼ばれます。

気体は、他の2つの物理状態（固体および液体）とは、粒子または分子の詰め方によって異なります。

気体とは、実際に存在する気体化合物のことです。

理想気体とは、現実には存在しない仮想的な気体です。

しかし、気体の中には、ある温度と圧力の条件下で、理想気体とほぼ同じ挙動を示すものがあります。

したがって、その種の現実の気体に対しては、理想気体であると仮定して気体の法則を適用することができる。

しかし、適切な条件を与えても、現実の気体が100％理想気体の挙動に近づけることはできません。

現実の気体と理想気体の大きな違いは、現実の気体には分子間力があるのに対し、理想気体には分子間力がないことである。

リアルガスとは

本物の気体とは、環境中に実際に存在する気体化合物のことです。

本物のガスは、粒子と呼ばれるさまざまな原子や分子から構成されています。

これらの気体粒子は、常に運動しています。

気体の粒子は、明確な体積と質量を持ちます。

したがって、気体には明確な体積と質量があります。

気体の体積は、その気体が入っている容器の体積とみなされます。

実際の気体の中には、原子から構成されているものもあります。

例えば、ヘリウムガスはヘリウム原子で構成されています。

しかし、他の気体は、分子で構成されています。

例えば、窒素ガスはN2分子でできています。

したがって、これらの気体には質量と体積があります。

さらに、実際の気体分子同士は分子間引力をもっている。

この引力はファンデルワールス相互作用と呼ばれる。

この引力は弱い。

実際の気体分子同士の衝突は非弾性的です。

つまり、2つの本物の気体粒子が互いに衝突すると、粒子のエネルギーの変化と移動方向の変化が観察されるのです。

しかし、現実の気体の中には、低圧・高温の条件下で理想気体として振る舞うものがあります。

高温になると、気体分子の運動エネルギーが増大する。

そのため、気体分子の運動が速くなる。

その結果、現実の気体分子間の分子間相互作用が小さくなったり、なくなったりする。

したがって、低圧高温の条件下では、現実の気体に対する気体の法則を適用することができる。

PV / nRT ≒ 1

ここで、P は気体の圧力です。

V は気体の体積

n は気体のモル数です。

R は理想気体定数、T は系の温度です。

T は系の温度です。

この値を圧縮率という。

現実の気体の性質が理想気体からずれたときの補正係数として使われる値です。

しかし、現実の気体ではPV≠nRTです。

図1：理想気体の圧縮率に対する各種気体の圧縮率

PV /nRTの値は正確に1にはならないが、低圧・高温の条件下ではほぼ等しい値となる。

理想気体とは

理想気体とは、環境中に実際には存在しない仮想的な気体のことです。

現実の気体の挙動は互いに異なり複雑であるため、理想気体の性質を基準にして現実の気体の挙動を記述することができることから、理想気体の概念が導入された。

理想気体とは、体積と質量が無視できるほど小さな分子で構成された気体化合物のことである。

一方、現実の気体は、原子や分子で構成され、一定の体積と質量をもっていることはすでにご存じのとおりです。

理想気体の分子同士の衝突は弾性的です。

つまり、気体粒子の運動エネルギーや運動方向には変化がない。

理想気体の粒子間には引力がない。

したがって、粒子は自由にあちこちに移動する。

しかし、理想気体は、高圧・低温になると、気体粒子同士が運動エネルギーを低下させて接近し、分子間力が発生するため、現実の気体になることがあります。

図2: HeガスとCO2ガスに対する理想気体の挙動

理想気体は、何の仮定もなくすべての気体の法則に従う。

理想気体のPV/nRTの値は1になります。

したがって、PVの値はnRTの値と等しくなります。

この値（圧縮率）が1であれば、その気体は理想気体です。

実気体と理想気体の違い

定義

実在する気体。

環境中に実際に存在する気体化合物。

理想気体。

理想気体とは、環境中に実際には存在しない仮想的な気体です。

分子間引力

現実の気体：現実の気体粒子間には分子間引力があります。

理想気体：理想気体の粒子間には分子間引力は存在しない。

ガス粒子

現実の気体: 現実の気体の粒子は、明確な体積と質量を持つ。

理想気体: 理想気体の粒子は、明確な体積と質量を持ちません。

衝突

実際の気体 現実の気体分子間の衝突は非弾性的です。

理想気体。

理想気体：理想気体分子間の衝突は弾性的です。

運動エネルギー

現実の気体：現実の気体粒子の運動エネルギーは、衝突によって変化する。

理想気体：理想気体粒子の運動エネルギーは一定です。

状態の変化

実在の気体 実ガスは、低圧・高温の条件下では理想気体のように振る舞うことがあります。

理想気体。

理想気体は、高圧・低温の条件下では、理想気体のように振る舞うことがあります。

結論

現実の気体とは、環境中に実際に存在する気体化合物のことである。

しかし、理想気体は実際には存在しない仮想的な気体です。

この理想気体は、現実の気体の挙動を理解するために利用することができます。

現実の気体に対して気体の法則を適用する場合、現実の気体は低圧高温の条件下では理想気体のように振る舞うと仮定することができます。

しかし、正確には仮定するのではなく、補正係数を用いて計算を行うのが正しい方法です。

補正係数は、現実の気体と理想気体の差を求めることで得られます。