Ideaalgaasi

Ideaalgaasi on teoreettinen malli kaasuille, jota käytetään laajasti termodynamiikassa ja kemian laskuissa. Se olettaa, että kaasumolekyylit ovat pieninä pisteinä, joiden välillä ei ole vuorovaikutusta ja joiden tilavuus on merkittävästi pienempi kuin säiliön tilavuus. Törmäykset ovat elastisia, ja kaasun tilavuus sekä molekyylien itse tilavuus ovat pienet verrattuna säiliön tilavuuteen. Näiden oletusten avulla kaasut voidaan kuvata yksinkertaisella matematiikalla.

Tilanyhtälö ideaalikaasille on PV = nRT, jossa P on paine, V tilavuus, n ainemäärä (moolit), R kaasuvakio ja T lämpötila absoluuttisina yksiköinä. Yhtälöillänsä voidaan kuvata kaasun käyttäytymistä sekä laajasti että monien prosessien suunnittelussa.

Kinetiikan näkökulmasta paine syntyy molekyylien törmäyksistä säiliön pintaan, ja lämpötila on suoraan verrannollinen molekyylien keskimääräiseen kineettiseen energiaan. Monoatomiselle ideaalikaasille energian ja lämpökapasiteetin ominaisuudet ovat esimerkkinä:U = (3/2)nRT, Cp = (5/2)R ja Cv = (3/2)R. Yleisemmin U ∝ f/2 nRT, missä f on vapausasteiden määrä; Cv ≈ (f/2)R.

Rajoitukset ja poikkeamat: todelliset kaasut poikkeavat ideaalikaasista suurten paineiden tai alhaisten lämpötilojen oloissa vuorovaikutusten ja molekyylien tilavuuden vuoksi. Näitä poikkeamia voidaan kuvata esimerkiksi van der Waalsin tai muiden viritysten avulla.

Käytännössä ideaalikaasit kuvaavat hyvin monien kaasujen käyttäytymistä huoneenlämpötiloissa ja laimeissa olosuhteissa. Esimerkkejä ovat ilmankomponentit kuten N2 ja O2 sekä jalokaasut.