이상적인 행동에서 벗어난 것

실제 기체는 특히 고압과 저온, 또는 액체로 응축되기 직전의 경우 이상기체 법칙을 완벽하게 따르지 않습니다. 이러한 편차는 기체 분자 간 분자 간 힘에 의해 발생합니다. 반발력은 팽창을 돕으며, 분자들이 매우 가까이 있을 때, 보통 고압에서 중요합니다. 인력은 압축을 돕고 여러 분자 직경에 걸쳐 더 넓은 범위를 가집니다. 분자들이 가까이 있지만 반드시 접촉하지 않을 때 이 점이 중요해지고, 멀리 떨어져 있을 때는 감소합니다.

저압에서는 분자들이 넓게 분산되어 있고 분자 간 상호작용이 최소화되어 있어 기체는 거의 이상적으로 행동합니다. 중간 압력에서는 인력이 반발력을 능가하여 기체가 이상기체보다 더 압축성이 높아집니다. 고압에서는 반발력이 우세하여 가스의 압축성이 떨어집니다.

압축 계수 Z는 실제 기체가 이상적인 거동에서 벗어난 정도를 정량화하는 데 사용됩니다. 이는 같은 압력과 온도에서 기체의 몰 부피와 이상기체의 몰 부피의 비율입니다. 이상기체는 모든 압력에서 Z = 1을 가집니다. 실제 기체는 매우 낮은 압력에서 Z ≈ 1을 가지고 거의 완벽하게 작동합니다. 고압에서는 Z가 1> 지 배적인 반발력 때문에 1이고, 중간 압력에서는 대부분의 기체가 Z < 1을 가지며, 이는 인력이 이상적인 기체에 비해 몰 부피를 감소시키고 있음을 나타냅니다.

이상적인 기체 법칙(pV_m = RT)은 고온과 큰 몰 부피에서 실제 기체에 대한 좋은 첫 근사입니다. 비리얼 상태 방정식은 압력 변수에 대한 항을 추가하여 이를 정교하게 만듭니다. 압축 계수, Z, 그리고 온도에 따라 달라지는 비리얼 계수는 이상적인 거동에서의 편차를 측정합니다. 실제 기체가 저압에서 이상기체의 거동과 일치할 수는 있지만, 모든 성질이 반드시 이상기체와 일치하는 것은 아닙니다. 보일 온도는 압력이 0에 가까워질수록 실제 기체의 성질이 이상기체와 일치하는 지점입니다.