はじめに

理想気体と実在気体の違いを明確に答えられる人は以外と少ない。このページでは、理想気体と実在気体それぞれの定義の紹介から入試頻出の(2つを比較した)グラフまで詳しく解説していく。この機会に違いをはっきり理解するようにしよう!


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理想気体・実在気体とは

体積が0で分子間力が働かないと仮定した“仮想的な気体”のことを理想気体という。

理想気体においては、気体の状態方程式が常に成り立つ。

気体の状態方程式

PV=nRT
※P = 圧力 n = 物質量 V = 体積 R = 気体定数 T = 温度

Point!

一方、実際に存在する酸素O2や二酸化炭素CO2などの気体は実在気体と呼ばれ、分子に体積があり、分子間力が働いている。

実在気体においては気体の状態方程式は成り立たない。

理想気体と実在気体の比較を表にまとめると次のようになる。

理想気体 実在気体
分子の体積 なし あり
分子間力 働かない 働く
PV=nRT 成立する 成立しない

理想気体と実在気体のグラフ

理想気体は常にPV=nRTが成り立つので、PV/nRT=1となり、圧力が変化してもPV=nRTの値はずっと1のままである。
しかし、実在気体にはPV=nRTが成り立たないので、理想気体のグラフからややズレが生じてくる。

理想気体より下へのズレは「分子間力」が原因である。
実在気体は理想気体と異なり分子間力が存在するため、その分縮まり体積Vが小さくなる。(その結果PV/nRTが小さくなる)

理想気体より上へのズレは「分子の体積」が原因である。
実在気体は理想気体と異なり分子の体積が存在するため、圧力が上がるとその体積が無視できなくなり(分子間力によって体積が縮まっているとはいえ)理想気体よりも体積が大きくなる。

実在気体が理想気体に近づくための条件

高温・低圧
Point!

実在気体を理想気体に近づけるためには「高温・低圧」にすることが大切である。

【高温にする理由】
高温にすると、その分気体の運動エネルギーが大きくなり、相対的に分子間力が無視で切るようになるから。

【低圧にする理由】
気体分子自体の大きさ(体積)が相対的に小さくなるから。また、容器の体積が大きくなるのに伴い気体分子間の距離が離れ分子間力が無視できるようになるから。

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