理想氣體
ideal gas
定義：理論上假想的一種把實際氣體性質加以簡化的氣體。從微觀角度看，它是分子本身的體積和分子間的作用力可以忽略不計的氣體。
學科：計量學_化學_基礎名詞
相關名詞：壓強 體積 溫度
圖片來源：視覺中國
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如果把充氣包裝的食品帶到高山上，由於氣壓降低讓氣體的體積增大，包裝袋會越來越鼓脹。氣體的狀態發生變化時，它的壓強（P）、體積（V）、溫度（T）之間通常遵守著PV＝nRT所展示的簡單關係。式中n為氣體物量，R為通用氣體常數，R=8.314（J/mol·K）。這一公式稱為理想氣體狀態方程。
在日常條件下，用這個公式進行計算得到的值都非常準確，而在低溫和高壓等特殊條件下，計算結果則會產生偏差。產生偏差的原因是，這個公式成立的前提條件正是將氣體看作是理想氣體。那麼，理想氣體究竟是什麼呢？
理想氣體忽略了實際氣體的複雜情況，在現實中並不存在。首先，它認為氣體分子的體積為零，將分子看成是有質量的幾何點，也就是說，它迴避了實際上不同種類氣體分子的大小各不相同的問題。其次，它假設分子間沒有相互吸引和排斥，即不計分子勢能，分子與器壁之間發生的碰撞是完全彈性的，不造成動能損失。正是忽略了這些要素，氣體狀態方程才得以被簡化。
可是，實際氣體分子是有大小區別的，分子之間也是存在著引力的。當這些條件的影響不能被忽視的時候，簡單地由PV＝nRT計算出來的值和實際情況間的偏差就會很大。比如，在非常大的壓力之下，分子之間的距離非常接近，或者溫度非常低，分子之間更加容易互相吸引，這時分子間的相互作用增強，偏差就是不可忽視的。
為此，物理學家范德瓦耳斯（van der Waals，1837—1923）在19世紀後半葉提出了更加接近於實際氣體的新的方程，這就是范德瓦耳斯狀態方程。這個方程相對於理想氣體狀態方程增加了對壓力和體積偏差的修正。方程考慮了在實際氣體中，分子間的引力減小的部分壓力，分子的大小佔據的部分體積。在需要更加精確計算的時候，必須使用這個公式。
左邊為理想氣體狀態方程，右邊為范德瓦耳斯狀態方程。（圖片來源：《科學世界》）
責任編輯：唐可
