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ファンデルワールスの状態方程式のまとめ
ファンデルワールスの状態方程式とは実在気体の、圧力と体積の関係を近似するためにファン・デル・ワールスが提案した式。
理想気体の状態方程式によれば気体の体積はそれが受ける圧力とそれ自体の温度(とその気体分子のモル数)にのみ依存することになる。よって、理想気体の法則は次のような性質を持つ気体に対してのみ適用できる。
気体分子は体積を有しない
分子間には相互作用はない
1.の問題を体積排除効果、2.の問題を分子間の引力効果と呼ぶことにする。明らかに、体積排除効果も分子間の引力効果も満たす気体は存在しない。だが、理想気体の状態方程式は高温あるいは10atm以下の低圧では可なり有効である。気体分子間の間隔が大きいほど、相互作用も気体分子そのものの体積も小さくなるからだ。実在気体では圧力の増加とともに理想気体の法則からはずれ、圧力と体積の積は一定ではなくなる。その傾向は気体の種類によっても異なり、同一気体については低温・高圧であるほどそのずれが大きくなる。実在気体の理想気体からのずれを圧縮率因子(Zで表す場合が多い)で表わすことがある。理想気体の状態方程式のずれを、圧縮因子をプロットすることで測定できる。
:<math>z = {PV \over nRT}</math>
ファン・デル・ワールスは以上の点を考慮して、1873年に下記のような実在気体の状態式を提出した。
- <math>\left( P+\frac{a}{V^2}\right) \left( V-b\right) = RT</math>
これを1モルの気体に対するファン・デル・ワールスの状態式という。 ここに、aとbはファンデルワールス定数といい、気体の種類によって定まる定数である(aは上記の2に、bは上記の1に由来する定数である)。
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