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分子運動論と気体の状態方程式
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ボイル シャルル アボガドロ ゲイ・リュサックによって 導かれた様々な ガス法則によって表現される 様々なガスの性質の観測は 運動分子理論に 概念的に従っています 気体によって及ぼされる圧力は 常に動いている 粒子が容器の壁に 衝突することによって生じます モル数と温度を 一定に保ったまま 容器の容積を小さくすると ガス粒子はより密になり 粒子間の間隔が狭くなります この小さな体積では ガスの密度と衝突頻度 分子と壁の衝突の頻度）が 増加します そのため ガスの 圧力は上昇します 圧力と体積の逆関係は ボイルの法則で 与えられます 一定の温度で容器に ガスのモル数を増やすと ガスの密度が増加し したがって衝突の 頻度が増加します 初期の圧力を維持するためには 体積が膨張しなければなりません この体積とモル数の 直接的な関係は アボガドロの法則で 与えられます ここで モル数を一定に保ち 温度を上げた場合を 考えてみましょう 気体粒子の 平均運動エネルギーは 温度に比例して増加するので 粒子はより頻繁に より強く衝突します 体積を一定にして 温度を上げると ガスの密度や 衝突回数が増え 圧力が上昇します 圧力と温度の 直接的な関係は ゲイ・リュサックの法則で 与えられます 一方 圧力が一定でモル数が 一定のままであれば 衝突をより大きな 表面積に広げるために 温度の上昇には 体積の増加を 伴わなければなりません 体積と温度の間の この直接的な関係は シャルルの法則によって 与えられています 最後に 運動分子理論によれば 気体の粒子は互いに引き合ったり 反発したりすることはありません 異なるガスの混合物では 成分は独立して作用し 個々の圧力は 他のガスの存在によって 影響を受けません 混合物の合計圧力は したがって 個々の部分圧力の合計です これがダルトンの法則です
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分子運動論と気体の状態方程式
分子運動論（ KMT ）とその定理の試験は、気体の挙動を説明し記述する能力です。 さまざまな気体の法則（ボイル、シャルル、ゲイリュサック、アボガドロ、ダルトンの法則）は、 KMT の仮定から導き出されます。そのため、化学者は理論の仮定が気体分子の特性を正確に表すと信じています。
分子運動論は気体の挙動を説明する
気体の圧力は急速に移動する気体分子によって生じ、時間単位あたりの壁の単位面積に衝突する分子の数に直接依存することを想起し、 KMT は気体の挙動を次のように概念的に説明します。
- ゲイリュサックの法則：温度が上昇すると、気体分子の平均速度と運動エネルギーが増加します。 体積が一定に保たれている場合、気体分子の速度が上がると、容器の壁との衝突がより頻繁に、より強くなり、圧力が上昇します。 これは、アモントンの法則とも呼ばれます。
- シャルルの法則：気体の温度が上昇した場合、気体が占める体積が大きくならないと一定の圧力を維持できません。 これにより、分子が容器の壁に到達するまでの平均距離が長くなり、壁の表面積も大きくなります。 これらの条件により、分子壁衝突の頻度と単位面積あたりの衝突数の両方が減少します。この結果、高い温度での運動エネルギーの増加による衝突力増加の影響とバランスがとれます。
- ボイルの法則：気体の体積が減少すると、容器の壁面積が減少し、分子の壁への衝突頻度が増加します。どちらの場合も、気体にかかる圧力が増加します。
- アボガドロの法則：一定の圧力と温度では、分子と壁の衝突の頻度と力は一定です。 このような条件下では、気体分子の数を増やすと、それに比例して容器の容積も大きくなり、単位面積当たりの衝突回数が減少して衝突頻度の増加を補うことができます。
- ダルトンの法則： 混合気体の分子は、分子間の距離が大きいため、他の気体があってもなくても、同じ頻度で容器の壁に衝突し、混合気体の全圧力は、個々の気体の（部分）圧力の合計に等しいです。
この文章は 、 Openstax, Chemistry 2e, Section 9.5: The Kinety-Molecular Theory から引用したものです。