이상기체

보일의 법칙과 샤를의 법칙은 이 법칙의 특별한 경우로, 이 법칙에 따르면 주어진 양의 기체에 대하여 부피 V와 압력 P의 곱은 절대온도 T에 비례한다. 즉 이것을 식으로 나타내면 PV=kT가 되고 여기서 k는 상수이다. 이것을 기체의 상태방정식이라고 하며, 기체의 전반적인 작용을 나타낼 수 있다.

일반적인 기체법칙은 기체분자의 운동론에서 유도될 수 있으며 이것은 다음과 같은 가정에 입각하고 있다. ① 기체는 자유롭게 운동하며 뉴턴의 운동법칙을 따르는 수많은 분자들로 구성된다. ② 기체분자들의 부피는 기체가 차지하는 부피에 비해 무시할 수 있을 정도로 작다. ③ 무시할 수 있을 정도로 짧은 순간동안 일어나는 탄성충돌을 제외하고는 기체분자간에는 아무런 힘도 작용하지 않는다.

이러한 성질을 갖는 기체는 존재하지 않지만 온도가 상당히 높고 압력이 낮은 상태에서는 기체분자간의 거리가 비교적 멀고 기체분자들의 속도가 빨라서, 분자간 상호작용을 극복할 수 있기 때문에 실제기체의 작용은 일반적인 기체법칙에 상당히 근접한다. 단일기체 또는 혼합되어 있는 기체의 한 성분이 응결점 근처에 있을 때, 기체는 이 방정식에 따르지 않는다. 일반적인 기체법칙은 만약 기체의 양을 나타내는 상수가 아보가드로 법칙에 따라 기체의 분자수로 표현된다면, 어떠한 기체에도 적용될 수 있다(→ 아보가드로 법칙).

이것은 그램 분자량(분자량에 그램 단위를 붙인 물질의 양, 즉 1/㏖)의 단위를 사용한다. 따라서 이상기체 n㏖의 상태방정식은 PV/T=nR로 나타낼 수 있으며, 여기서 R는 기체상수이다. 이 상수는 고온저압의 거의 이상적인 조건하에서 모든 기체가 같은 값(R〓8.314 J/㏖·K)을 가진다.