1.7
気体は分子同士が離れているため、分子間の引力や反発がほとんど無視できるほど、低圧・高温で理想的に振る舞います。この条件下では、気体は vVm = RT の方程式に密接に従い、 ここで Vm は気体のモル体積です。
しかし、実気体は高圧・低温で理想性から逸脱するため、ファンデルワールズ方程式に従います。この際、分子間力や分子が占める体積が重要になります。
この気体の理想挙動からの逸脱を定量化するために、圧縮係数 Zは、同じ条件下での実際の気体のモル体積と理想気体のモル体積の比率として定義されます。
理想気体の場合、 Z はすべての圧力で1に等しい。実際の気体の場合、 Z は非常に低圧で1に近似し、高圧では1を超えますが、中圧ではほとんどの気体では Z が1未満です。
ビリアル状態方程式は、圧力変数の項を加えることで理想気体の法則を精緻化します。
これは Z 系数と温度依存型ビリアル係数を用いて理想気体の挙動からの逸脱を測定します。
実際の気体は、特に高圧・低温、または液体に凝縮する直前では理想気体の法則に完全に従うわけではありません。これらの偏差は気体分子間の分子間力によって生じます。反発力は膨張を助け、分子が非常に近接していて通常高圧時に重要です。引力は圧縮を助け、より広い範囲を持ち、複数の分子径にわたって効果的です。分子同士が近いが必ずしも接触していないときに顕著になり、分子同士が離れているほど減少します。
分子間の間隔が広く、分子間相互作用が最小限の低圧では、気体はほぼ理想的に振る舞います。中程度の圧力では、引力が反発力を上回り、理想気体よりも圧縮性が高まります。高圧では反発力が優勢となり、ガスの圧縮性が低くなります。
圧縮係 数Zは、実際の気体が理想挙動からどれだけ逸脱しているかを定量化するために用いられます。これは、同じ圧力と温度で気体の測定されたモル体積と理想気体のモル体積の比率です。理想気体はすべての圧力で Z = 1となります。実際の気体は非常に低い圧力で Z ≈1を持ち、ほぼ完璧に振る舞います。高圧では支配的な反発力により Z >1となり、中間圧力ではほとんどの気体が Z <1であり、引力が理想気体に比べてモル体積を減少させていることを示しています。
理想気体の法則(pVm = RT)は、高温かつ大モル体積の実気体に対する良い第一近似です。ビリアル状態方程式は圧力変数の項を加えることでこれを精緻化します。温度に依存する圧縮係数、 Z、そしてビリアル係数は理想的な挙動からの逸脱を測定します。実際の気体は低圧で理想気体の挙動と一致することがありますが、そのすべての性質が理想気体の性質と必ずしも一致するわけではありません。ボイル温度とは、圧力がゼロに近づくとき、実際のガスの性質が理想ガスと一致する状態です。
気体は分子同士が離れているため、分子間の引力や反発がほとんど無視できるほど、低圧・高温で理想的に振る舞います。この条件下では、気体は vVm = RT の方程式に密接に従い、 ここで Vm は気体のモル体積です。
しかし、実気体は高圧・低温で理想性から逸脱するため、ファンデルワールズ方程式に従います。この際、分子間力や分子が占める体積が重要になります。
この気体の理想挙動からの逸脱を定量化するために、圧縮係数 Zは、同じ条件下での実際の気体のモル体積と理想気体のモル体積の比率として定義されます。
理想気体の場合、 Z はすべての圧力で1に等しい。実際の気体の場合、 Z は非常に低圧で1に近似し、高圧では1を超えますが、中圧ではほとんどの気体では Z が1未満です。
ビリアル状態方程式は、圧力変数の項を加えることで理想気体の法則を精緻化します。
これは Z 系数と温度依存型ビリアル係数を用いて理想気体の挙動からの逸脱を測定します。
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