Real and Ideal Gases
理想気体は、温度と圧力のすべての条件で気体の法則に従っている気体のことです。 そのためには、気体は完全に運動論的分子論に従う必要がある。 気体の粒子の占める体積はゼロでなければならないし、お互いに何の引力もないことが必要である。 どちらの条件も成立しないので、理想気体というものは存在しない。 運動論的分子論の仮定に従わない気体が、本当の気体である。 幸いなことに、実験室で通常遭遇する温度と圧力の条件下では、現実の気体は理想気体に非常によく似た振る舞いをする傾向がある
では、気体はどんな条件下で最も理想的でない振る舞いをするのだろうか。 気体に高い圧力をかけると、粒子と粒子の間の空間が狭まり、分子同士が接近せざるを得なくなる。 空隙が減るということは、粒子自体の体積が無視できるという仮定が成り立たなくなることを意味します。 気体が冷やされると、粒子の運動エネルギーが減少するため、粒子の速度が低下する。 粒子の移動速度が遅くなれば、粒子間の引力がより顕著になります。 別の見方をすれば、気体を冷やし続けるとやがて液体になり、液体は確かに理想気体ではなくなります（下図の液体窒素を参照）。 まとめると、現実の気体は、低温・高圧で最も理想気体から乖離する。 気体は高温低圧で最も理想的な状態になる。 に冷やされた窒素ガスは液体になってしまうので、急激に気化しないように真空断熱容器で保存する必要があります。 (CC BY-NC; CK-12)
下図は、ある気体を3つの温度(200℃、500℃、1000℃)で、圧力に対してプロットしたグラフ(1℃：⊖text{PV}{RT}⊖)であります。 \の3種類です。 理想的な気体は、すべての温度と圧力でこの比率の値が1になり、グラフは単純に水平な線になる。 このように、理想的な気体から逸脱することが起こる。 圧力が上昇し始めると、引力の影響で気体の体積が予想より少なくなり、୧⃛(๑⃙⃘◡̈๑⃙⃘)୨⃛1以下になる。 圧力が上昇し続けると、粒子の体積が大きくなっていき、 \(frac{PV}{RT})の値は1以上に上昇します。理想からのずれの大きさは、(200)℃のガスで最も大きく、(1000)℃のガスで最も小さいことに注意してください。 現実の気体は高圧・低温で理想気体から外れる。 (CC BY-NC; CK-12)
気体の理想性は、粒子間に存在する分子間引力の強さと種類にも依存します。 引力が弱い気体は、引力が強い気体に比べて理想的である。 同じ温度と圧力であれば、ネオンは水蒸気より理想的である。ネオンの原子は弱い分散力でしか引き合わないが、水蒸気の分子は比較的強い水素結合で引き合うからである。 ヘリウムは電子の数が少ないので、ネオンよりも分散力が弱く、ネオンよりも理想的な気体である
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