気体分子運動論としても知られる運動分子理論は、 ガスの小規模な動きの観点から、ガスの測定可能な特性を説明する 粒子。 運動論は、粒子の運動の観点からガス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。
運動モデルのガスは「完全」であると見なされます。 完全ガスは、完全にランダムに動き、動きを止めることの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ることはありません。 （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、それらの床に蓄積します 次の仮定は、分子のサイズはごくわずかであり、本質的にゼロであることを意味します。 直径。 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にほぼ当てはまります。 最後の仮定は、ガス分子は衝突する場合を除いて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。
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つの特性は相互に関連しており、運動論を使用して説明できます。 圧力は、粒子がガス容器の壁にぶつかることによって発生します。 バルーンなどの非剛性のコンテナは、バルーンの内側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、衝突の数は高圧の場合よりも少なくなります。 一定の体積のガスの温度を上げると、熱によって粒子がより速く移動するため、ガスの圧力も上がります。 同様に、ガスが移動できる体積を拡大すると、圧力と温度の両方が低下します。
ロバート・ボイルは、ガスの特性間の関連性を最初に発見した人の1人です。 ボイルの法則によれば、一定の温度では、ガスの圧力はその体積に反比例します。 シャルルの法則、ジャックシャルルが温度を考慮した後、固定圧力の場合、ガスの体積はその温度に正比例することがわかりました。 これらの方程式を組み合わせて、1モルの気体の完全気体状態方程式pV = RTを作成しました。ここで、pは圧力、Vは体積、Tは温度、Rは普遍気体定数です。
完全気体の法則は、低圧でうまく機能します。 高圧または低温では、ガス分子は相互作用するのに十分な距離に近づきます。 気体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気体になります。 これらの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、完全気体方程式を修正して、分子間力を記述する成分を含めることができます。 このより複雑な方程式は、ファンデルワールスの状態方程式と呼ばれます。