４　理想気体と実在気体ｈ

これまで扱ってきた気体は，どんな条件（温度，圧力）でも気体として考え，ボイル・シャルルの法則や状態方程式に完全に従う仮想的な気体で，これを理想気体という。これに対して，実際に存在する気体を実在気体という。気体を理想気体として考えるためには次の2つが条件となる。

 

条件1　理想気体では分子自身の体積（分子の大きさ）を0としている。

　理想気体：高圧にすると，気体の体積（気体が存在する空間）は0に近づく。

　実在気体：高圧にしても気体の体積が0になることはない。

 
条件2　理想気体では分子間力がないとしている。

　　理想気体：高圧・低温にしても凝縮が起こらない。

　　実在気体：高圧・低温にすると凝縮が起こる。                 

 

☆　実在気体は低圧，高温で理想気体に近づく

 		  

実在気体の理想気体からのずれ

気体分子1molの圧力pを横軸に，pV/RTを縦軸にとる。理想気体は，pV=nRTが成り立つので，n=1molのとき，n=pV/RT=1になる。

　二酸化炭素は，分子量が大きいので分子間力が大きくなり，圧力を高くすると，やがて凝縮が起こり，気体が減るので体積Vが急激に減少する（pV/RTが小さくなる）。さらに高圧にすると，分子自身の体積（分子の大きさ）の影響が大きくなり，体積Vが小さくなりにくくなる（pV/RTが大きくなる）。そのため，グラフは下がってから上昇する。  		  

水素は分子量が小さいので分子間力が小さく，圧力を高くしても凝縮は起こらず，分子自身の体積（分子の大きさ）の影響より，初めからpV/RTが大きくなる。

例題

次の文を読み，下の問いに答えよ。必要があれば次の数値を用いること。気体定数R=8.31×103Pa･L/〔K･mol〕，原子量H=1.0，He=4.0，C=12，O=16

　右の図にはa，b，cという3種類の気体におけるpV/Tとpの関係が示してある。ここでpは圧力，Vは体積，Tは絶対温度である。また，3種類の気体の物質量はすべて同じである。 		  
問1　aの気体において，圧力を上げていくと，縦軸の数値ははじめ減少したが，さらに高い圧力では逆に増加した。これは,
　はじめは（ 1 ）の影響が大きいために（ 2 ）の減少が大きくなり縦軸の値が小さくなる。圧力を上げていくと，分子の
　（ 3 ）の影響で（ 2 ）の減少が小さくなるので，縦軸の値が大きくなる。

問2　a，b，cがすべて同じ物質であり，その温度だけが異なる場合，最も温度が高いのはどれか。

問3　3種類の気体がメタン，ヘリウム，二酸化炭素である場合，a，b，cはそれぞれどれに相当するか。ただし，すべての
　気体は同じ温度であるものとする。

問4　これらの気体と同じ物質量の理想気体では縦軸の数値が1.25×104であった。これらの気体の物質量はどれだけか。有
　効数字3桁で答えよ。

 

問1　(1)　分子間力　　(2)　体積　　(3)　大きさ（体積）　　問2　ｃ（高温ほど理想気体に近づくから）

問3　a　CO2　　b　CH4　　c　He　分子量が大きいほど分子間力が大きくなり，理想気体からずれる。

問4　1.50mol　（pV＝nRTより，n＝pV／RT＝1.25／(8.3×103)＝1.504≒1.50〔mol〕）