Ideaalikaasussa

Ideaalikaasussa tarkoitetaan kaasua, jonka käyttäytyminen voidaan kuvata ideaalien kaasujen lain avulla. Mallin perustana ovat kineettisen teorian oletukset: kaasumolekyylit ovat pistemäisiä hiukkasia, jotka liikkuvat vapaasti ja törmäävät toisiinsa sekä astian seinämiin elastisesti; vuorovaikutuksia niiden välillä oletetaan olemattomiksi tai merkityksettömiksi suurissa etäisyyksissä; sekä molekyylien tilavuus on olemattoman pieni verrattuna astian tilavuuteen. Törmäykset ovat täysin elastisia ja kokonaisenergia säilyy.

Ominaisuudet ja tilanyhtälö: Ideaalikaasun kulmakivenä on tilayhtälö PV = nRT (tai molaarisessa muodossa pV_m = RT). Tämän perusteella kaasun tilavuutta, painetta ja lämpötilaa voidaan pitää keskenään riippumattomina mittaamiseen soveltuvina suureina. Z-kertoimen eli paineen tilavuuden suhteen kerroin oletettuna z:llä, on tavallisesti lähellä yhtä, joten Kaasun käyttäytyminen noudattaa ideaalisen kaasun lakia. Sisäenergian U ja entalpia H riippuvat vain lämpötilasta; U = (f/2) NkT, missä f on vapausasteiden määrä (translaatio 3, rotaatio 2 lineaarisille molekyyleille, 3 epälineaarisille).

Rajoitukset ja sovellukset: Ideaalikaasumalli soveltuu erityisesti matalissa paineissa ja korkeissa lämpötiloissa, jolloin vuorovaikutukset ovat vähäisiä ja molekyylien tilavuus pieni. Korkeammissa paineissa tai matalissa lämpötiloissa poikkeamat realisesta kaasusta kasvavat; tällöin käytetään korjausmalleja, kuten van der Waalsin kaasua.

Historia ja merkitys: Mallin kehittäminen liittyi 1800-luvun tutkimuksiin Boyle’n, Amontonsin ja Clapeyronin yhteydessä; ideaalikaasujen laki muodostaa perustan monille termodynamiikan ja fysikaalisen kemiankin laskuille sekä sekä moniin sovelluksiin analysissä ja insinööritieteissä.