気体
[Wikipedia|▼Menu]

気体(きたい、: gas)とは、物質の状態のひとつであり[1]、一定の体積を持たず、自由に流動し圧力の増減で体積が容易に変化する状態のこと[1]。「ガス体」とも[1]
目次

1 概要

2 気体の単離

2.1 利用


3 物理的性質

4 巨視的性質

4.1 圧力

4.2 温度

4.3 比体積

4.4 密度


5 微視的性質

5.1 気体分子運動論

5.2 ブラウン運動

5.3 分子間力


6 単純化モデル

6.1 完全気体

6.1.1 熱量的完全

6.1.2 熱的完全


6.2 理想気体

6.3 実在気体


7 気体の法則

7.1 ボイルの法則

7.2 シャルルの法則

7.3 アボガドロの法則

7.4 ドルトンの法則


8 その他

8.1 圧縮率

8.2 レイノルズ数

8.3 粘度

8.4 乱流

8.5 境界層

8.6 最大エントロピー原理

8.7 熱力学的平衡


9 語源

10 脚注・出典

11 参考文献

12 関連項目

13 外部リンク

概要

気体というのは、物質の集合状態のひとつであり[2]圧縮やズレに対する抵抗が小さく、膨張に対してはまったく抵抗を示すことなく無限に体積を大きくしようとし、体積も形も一定でない状態をこう呼んでいる[2]。気体は、物質三態のひとつである[3]

純粋な気体を構成する粒子は、原子の場合(ネオンなどの希ガス)、同一種類の原子から構成される元素分子の場合(酸素など)、複数種類の原子から成る化合物分子の場合(二酸化炭素など)がある[要出典]。混合気体は複数の純粋な気体が混じりあったものである。空気もそれ(混合気体)にあたる。

液体や固体との大きな違いは、気体を構成する粒子間の距離が大きい点である。気体粒子の相互作用は電場重力場のある状態では無視できる程度であり、右図のようにそれぞれの粒子が一定の速度ベクトルを持つ。

気相液相とプラズマ相の中間にあり[4]、プラズマへと転移する温度が気体の存在する上限温度となる。極低温で存在する量子縮退気体[5]が近年注目を集めている[6]。高密度の原子気体を極低温に冷却したものは、ボース気体またはフェルミ気体と呼ばれる統計的振る舞いを示す。詳しくはボース=アインシュタイン凝縮を参照。 気相の粒子(原子分子イオン)は、電場などがない限り自由に運動する。

気体は液体とともに流体であるが、分子の熱運動が分子間力を上回っており、液体の状態と比べ、原子または分子がより自由に動ける。通常では固体や液体より粒子間の距離がはるかに大きく、そのため密度は最も小さくなる。また、圧力や温度による体積の変化が激しい。構成粒子間でのやりとりが少ないので、熱の伝導は低い。

気体状態では、粒子は自由かつランダムに動く熱運動をしている。また、それを構成する粒子間の引力(分子間力)は働かない。さらにその粒子の大きさ、質量共に気体の体積に比べてはるかに小さい。このために気体の状態では物質の種類を問わずに共通の性質が表れやすい。たとえば同一温度、同一気圧の下では、気体の種類を問わず同一体積中に含まれる分子数は一定である。これをアボガドロの法則という。気体分子の大きさと質量を存在しないものとした仮想の気体のモデル理想気体といい、気体の基本的性質を示すために扱われる。

臨界温度以下の気相のことを蒸気と呼ぶ。臨界温度以下で気体を圧縮していくと液体へ相転移(一次転移)する。また、ある臨界圧力以下の圧力が物質の飽和蒸気圧と等しくなる点が沸点である。
気体の単離

我々は空気中で生活しているため、化学の分野など、気体を成分に分けて扱おうとすると、周囲の空気と混じってしまいやすいため、特別な工夫を必要とする。

水溶性で空気より軽い場合は、上方置換で集める(例: アンモニア)。

水溶性で空気より重い場合は、下方置換で集める(例: 二酸化硫黄塩化水素塩素二酸化窒素)。

非水溶性の場合は、水上置換で集める(例: 一酸化窒素窒素酸素水素)。

利用

流体なので形を定めることが出来ない。しかし、固体の容器に閉じこめることで利用する例もある。柔らかな素材に閉じこめれば、体積が弾性的に変形するので、衝撃吸収の可能な素材となる。また熱伝導度が低いため、断熱の効果もある。発泡スチロールでは多数の細かい泡のような形で気体を含んでおり、これらの性質を強く示す。
物理的性質 が漂う様子から、周囲の気体の動きがある程度わかる。

ほとんどの気体は人間の知覚では観察が難しいため、圧力・体積・温度といった物理的性質と粒子数(物質量)といった性質で表す。これら4つの特性を様々な気体の様々な条件下で計測したのが、ロバート・ボイルジャック・シャルルジョン・ドルトンジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックアメデオ・アヴォガドロといった人々である。彼らの研究によって最終的にそれらの特性間の数学的関係が明らかとなり、理想気体の状態方程式となって結実した。

気体粒子は互いに十分離れているため、液体や固体ほど隣接する粒子に影響を及ぼしあうことはない。そのような相互作用(分子間力)は気体粒子の持つ電荷に由来する。同じ電荷は反発しあい、逆の電荷は引き付け合う。イオンでできた気体には恒久的な電荷があり、化合物の気体には極性共有結合がある。極性共有結合の場合、化合物全体としては中性であっても、分子内に電荷の集中する部分が生じる。分子間の共有結合には一時的な電荷もあり、それをファンデルワールス力と呼ぶ。


次ページ
記事の検索
おまかせリスト
▼オプションを表示
ブックマーク登録
mixiチェック!
Twitterに投稿
オプション/リンク一覧
話題のニュース
列車運行情報
暇つぶしWikipedia

Size:64 KB
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)
担当:FIRTREE