Odchylenie od idealnego zachowania

Prawdziwe gazy nie spełniają idealnie praw gazu doskonałego, zwłaszcza przy wysokim ciśnieniu i niskich temperaturach lub gdy mają się skraplać do cieczy. Te odchylenia występują w wyniku sił międzycząsteczkowych pomiędzy cząsteczkami gazu. Siły odpychające wspomagają rozszerzanie się i są istotne, gdy cząsteczki znajdują się bardzo blisko siebie, zazwyczaj pod wysokim ciśnieniem. Siły przyciągające wspomagają kompresję i mają większy zasięg, efektywne na kilku średnicach cząsteczek. Stają się istotne, gdy cząsteczki są blisko, ale niekoniecznie w kontakcie, a maleją, gdy cząsteczki są daleko od siebie.

Przy niskich ciśnieniach, gdy cząsteczki są szeroko rozmieszczone, a interakcje międzycząsteczkowe minimalne, gazy zachowują się niemal idealnie. Przy umiarkowanych ciśnieniach siły przyciągające przewyższają siły odpychające, co sprawia, że gaz jest bardziej ściśliwy niż gaz idealny. Przy wysokim ciśnieniu dominują siły odpychające, przez co gaz jest mniej ściśliwy.

Współczynnik sprężania, Z, służy do ilościowego określenia odchylenia gazu rzeczywistego od idealnego zachowania. Jest to stosunek zmierzonej objętości molowej gazu do objętości molowej gazu doskonałego przy tym samym ciśnieniu i temperaturze. Gaz doskonały ma Z = 1 przy wszystkich ciśnieniach. Prawdziwe gazy mają Z ≈ 1 przy bardzo niskim ciśnieniu, zachowując się niemal idealnie. Przy wysokich ciśnieniach, Z > 1 z powodu dominujących sił odpychających, a przy ciśnieniach pośrednich większość gazów ma Z < 1, co wskazuje, że siły przyciągające zmniejszają objętość molową w porównaniu do gazu idealnego.

Prawo gazu doskonałego (pV_m = RT) jest dobrym pierwszym przybliżeniem dla rzeczywistych gazów w wysokich temperaturach i dużych objętościach molowych. Równanie wirusowe stanu upresniają to, dodając składniki zmiennych ciśnienia. Współczynnik kompresji, Z oraz współczynniki wirusowe, zależne od temperatury, mierzą odchylenia od idealnego zachowania. Chociaż prawdziwy gaz może odpowiadać zachowaniu gazu doskonałego przy niskim ciśnieniu, nie wszystkie jego właściwości koniecznie pokrywają się z właściwościami gazu doskonałego. Temperatura Boyle'a to sytuacja, gdy rzeczywiste właściwości gazu odpowiadają gazowi doskonałemu, gdy ciśnienie zbliża się do zera.