理想気体
あるいは、完全弾性衝突の条件をそのままにして
理想気体の体積中で構成粒子の占める体積はきわめて小さいがゼロではない(微小剛体球)。
理想気体では粒子間に引力が働かない(引力がゼロ)。
理想気体は粒子同士や容器内壁と衝突してもその衝突前と衝突後で運動エネルギーの和は変わらない(完全弾性衝突)。
としてもよい。ここで微小剛体球の半径は、実際の分子の大きさよりもずっと小さい値、例えば 1 fm(核子くらいの大きさ)を仮定する。剛体球なので、粒子間距離が球の直径より小さくなろうとしたときには強い斥力が働いて粒子同士の衝突は完全弾性衝突となるが、粒子間距離が球の直径より少しでも大きいときには粒子間に相互作用が働かない。理想気体の体積中で構成粒子の占める体積が十分に小さければ、この系はほとんど独立な粒子の集まりとなるので理想系である。容器内壁との衝突が完全弾性衝突ということは、この壁が断熱壁であるということなので、体積 V と 粒子数 N が一定であれば、この系は孤立系である。よってボルツマンの公式によりエントロピーを求めることができる(ミクロカノニカルアンサンブル)。
理想気体は、気体が関係する物理化学現象を解析する際に、気体のモデルとして多用される。例として
固相や液相と相平衡にある蒸気
解離などの気相の化学平衡
電離(プラズマ化)した気体の電離平衡
が挙げられる。
理想気体の状態方程式には2ないし3種のバリエーションがある。大きな違いは、気体を粒子の集まりとみなすか否かである。式の上での形式的な違いは、平衡状態における理想気体の圧力 p が
質量密度に比例するか
数密度に比例するか
モル密度(モル体積の逆数)に比例するか
である。