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分子運動論：基本前提
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気体の法則が 理想気体のさまざまな性質の 関係を まとめたものであるのに対し 分子動力学理論は気体が なぜ法則に 従うのかを説明しています この理論はいくつかの仮定や 想定に基づいています 第一の前提は 気体の粒子の 大きさは無視できるほど 小さいということです 気体は その寸法よりも はるかに大きな距離を隔てた 小さな粒子で構成された 大部分が空の空間です それらを合わせた体積は ガスが含まれる総体積に対して 無視できる程度のものです 固体や液体が 粒子間の間隔が近いために 非圧縮性であるのとは対照的に 気体は非常に圧縮性があります 気体の粒子は ランダムな方向に 直線に沿って 一定の運動状態にあります 他の粒子と衝突したり 容器の壁に衝突したりした 場合にのみ その経路が変化します 第二の前提は ガス粒子は完全に弾性を持った 衝突をするということです 気体粒子は 互いにくっつくことなく衝突して 跳ね返ってきます これは ビリヤードの ゲーム中のビリヤードの ボール同士の衝突に 例えることができます 気体の粒子が衝突すると お互いエネルギーを交換しますが エネルギーの正味の 損失はありません 言い換えれば システムの 総エネルギーは一定です 気体の粒子は 常に動いているので 運動エネルギーを持っています したがって 第三の仮定では 気体の平均運動エネルギーは その絶対温度（ケルビン）に 比例するということになります つまり 運動エネルギーは 温度とともに増加し その結果 粒子は より速く移動することになります 温度が高くなると 粒子の速度は速くなります 逆に 温度が下がると 粒子の運動エネルギーも低下し 粒子の動きは遅くなります ある温度では 分子量に関係なく すべての気体は 同じ平均運動 エネルギーを持っています 運動エネルギーは 質量×速度の二乗です したがって 異なるガスが 同じ平均運動エネルギーを 持つためには そのガス粒子は 異なる平均速度で 移動しなければなりません したがって 重いガスは 平均速度が低く 軽いガスは平均速度が 高くなります 例えば ヘリウムとネオンは 同じ温度であれば 同じ平均運動エネルギーを 持っています しかし 質量の違いから ネオン原子の方が ヘリウム原子よりも 動きが遅いのです
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分子運動論：基本前提
経験的なものである理想気体の状態方程式は、気体の巨視的な特性間の関係を確立することにより、気体の挙動を記述します。 たとえば、 シャルルの法則では、体積と温度は直接関連すると規定されています。 したがって、気体は一定の圧力で加熱すると膨張します。 気体の法則は、巨視的な性質が相互にどのように変化するかを説明していますが、その背後にある根拠については説明していません。
分子運動論は、圧力や温度変化などの条件が変化したときに、分子レベルまたは原子レベルで気体粒子がどうなるかを理解するのに役立つ微視的モデルです。 1857 年に ルドルフ・クラウジウスが完全で満足のいく形の理論を発表しました。その理論は気体の挙動に関する何百もの実験的観察に基づいて開発された公理によって、さまざまな気体の法則を効果的に説明します。
この理論の際立った特徴は次のとおりです。
- 気体は、連続的に運動する粒子（原子または分子）で構成されており、直線的に移動し、他の分子や容器の壁に衝突した場合にのみ方向が変化します。
標準的な温度と圧力で気体アルゴンの試料を検査します。 それによると、体積の0.01%しか原子が占めておらず、 2 つのアルゴン原子間の平均距離は 3.3 nm （アルゴンの原子半径は 0.097 nm ）です。 原子間距離は、原子自体の寸法よりもはるかに大きいです。 - 気体を構成する分子は、それらの間の距離と比較して無視できるほど小さいです。 したがって、すべての気体粒子の総体積は、容器の総体積に対して無視できます。 粒子は、質量はあるが体積が無視できる「点」と見なされます。
- 容器内の気体によって生じます。圧力は、気体分子と容器の壁との衝突によって生じます。
- 気体分子は、互いにまたは容器の壁に引力や反発力を与えないため、衝突は弾性的です（エネルギー損失を伴わない）。
弾性衝突中、衝突した粒子間でエネルギーが伝達されます。 なので、粒子の平均運動エネルギーは一定に保たれ、時間とともに変化することはありません。 - 気体分子の平均運動エネルギーは、気体のケルビン温度に比例します。
すべての気体は、分子量に関係なく、同じ温度で同じ平均運動エネルギーを持ちます。
この文章は 、 Openstax, Chemistry 2e, 第 9.5 章 The Kinety-Molecular Theory から引用したものです。