גז אידיאלי

מצב הצבירה הפשוט ביותר הוא גז. גז ניתן לאפיין מבחינת תכונותיו המאקרוסקופיות או מבחינת תכונותיו המיקרוסקופיות. את האפיון של גז על סמך הקריטריונים המיקרוסקופיים הבאתי קודם. ובנוגע לאפיון המאקרוסקופי, יש שני קריטריונים חשובים והם: שימור נפח ושימור צורה.

גז לא שומר על צורתו ולא על נפחו.

בדרך כלל, טענה זו מנסחים בצורה קצת שונה:

גז טופס את כל הנפח הניתן לו.

התנהגות גזים תלויה במספר גורמים ובמקרים מסוימים יש בה סימנים מסוימים של מצב נוזלי. על כן, על מנת לדון בתכונות הנובעות ממצב גזי "טהור", מדברים על גז אידיאלי.

גז אידיאלי הוא גז אשר עבורו (1) ניתן להתעלם מגודל וצורת חלקיקים, (2) בין חלקיקיו אין שום אינטראקציה למעט התנגשויות אלסטיות לחלוטין.

בתנאים סביבתיים רגילים (לחץ אטמוספרי וטמפרטורת החדר) למעשה כל הגזים השכיחים מתנהגים כגזים אידיאליים. התנהגות של רוב הגזים מתחילה לסטות מאידיאלית בלחצים גבוהים (מאות אטמוספרות) או טמפרטורות נמוכות (קרובות לטמפרטורות עיבוי).

את ההתנהגות של גז אידיאלי ניתן לתאר באמצעות משוואה פשוטה מאוד:

(pV)/(nT)=const

כאשר p הוא הלחץ, V הוא הנפח, T היא הטמפרטורה המוחלטת ו-n היא כמות הגז במולים. קבוע שבצדה הימין של משוואת הגז האידיאלי, נקרא קבוע גזים והוא אחד הקבועים החשובים ביותר של היקום. לקבוע גזים יש מספר פירושים ומשמעויות. כאן אנחנו נסתפק בכך שקבוע גזים R=8.314 J/mol-K מבטא אנטרופיה של תנועה ספונטאנית של חלקיקי חומר. ברוב המקרים נכתבת משוואת הגזים האידיאלים בצורה הבאה:

pV=nRT