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Kinetic Theory of Gasesとしても知られている速度論的分子理論は、ガス粒子の小規模な動きに関してガスの測定可能な特性を説明しようとする強力なモデルです。運動論は、粒子の運動という観点から気体の特性を説明します。運動論は多くの仮定に基づいており、このため近似モデルです。
運動論の仮定。
動力学モデルのガスは「完全」であると見なされます。完全なガスは、完全にランダムに動き、動きを止めない分子で構成されています。すべてのガス粒子の衝突は完全に弾性的であり、エネルギーが失われないことを意味します。 （これがそうでない場合、ガス分子は最終的にエネルギーを使い果たし、容器の床に蓄積します。）次の仮定は、分子のサイズが無視できることを意味します。これは、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの非常に小さな単原子ガスの場合にほぼ当てはまります。最後の仮定は、衝突する場合を除いて、ガス分子は相互作用しないということです。運動論は、分子間の静電力を考慮していません。
速度論を用いて説明される気体の性質。
ガスには、圧力、温度、体積の3つの固有の特性があります。これらの3つのプロパティは相互にリンクされており、運動論を使用して説明できます。圧力は、ガス容器の壁に衝突する粒子によって引き起こされます。バルーンなどの剛性のない容器は、バルーン内のガス圧がバルーンの外側のガス圧と等しくなるまで膨張します。ガスが低圧の場合、衝突の回数は高圧の場合よりも少なくなります。固定容積内のガスの温度を上げると、熱により粒子がより急速に移動するため、その圧力も高くなります。同様に、ガスが移動できる容積を拡大すると、その圧力と温度の両方が低下します。
完全ガス法。
ロバート・ボイルは、ガスの特性間の関係を発見した最初の人の一人です。ボイルの法則は、一定の温度で気体の圧力がその体積に反比例すると述べています。シャルルの法則は、ジャックシャルルが温度を考慮した後、一定の圧力ではガスの体積がその温度に正比例することを発見しました。これらの方程式を組み合わせて、1モルのガスに対する完全なガス状態方程式pV = RTを形成しました。ここで、pは圧力、Vは体積、Tは温度、Rは普遍的なガス定数です。
完全なガス挙動からの逸脱。
完全なガスの法則は、低圧力に適しています。高圧または低温では、ガス分子は相互作用するのに十分に近接します。ガスを液体に凝縮させるのはこれらの相互作用であり、それらがなければすべての物質はガス状になります。これらの相互作用的な相互作用は、ファンデルワールス力と呼ばれます。その結果、分子間力を記述する成分を含めるために、完全な気体方程式を修正できます。このより複雑な方程式は、ファンデルワールス状態方程式と呼ばれます。