実在気体とは？理想気体との違いを中学生にもわかる解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

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岡田康介

名前：岡田康介（おかだこうすけ）ニックネーム：コウ、または「こうちゃん」年齢：28歳性別：男性職業：ブロガー（SEOやライフスタイル系を中心に活動）居住地：東京都（都心のワンルームマンション）出身地：千葉県船橋市身長：175cm 血液型：O型誕生日：1997年4月3日趣味：カフェ巡り、写真撮影、ランニング、読書（自己啓発やエッセイ）、映画鑑賞、ガジェット収集性格：ポジティブでフランク、人見知りはしないタイプ。好奇心旺盛で新しいものにすぐ飛びつく性格。計画性がある一方で、思いついたらすぐ行動するフットワークの軽さもある。 1日（平日）のタイムスケジュール 7:00 起床：軽くストレッチして朝のニュースをチェック。ブラックコーヒーで目を覚ます。 7:30 朝ラン：近所の公園を30分ほどランニング。頭をリセットして新しいアイデアを考える時間。 8:30 朝食＆SNSチェック：トーストやヨーグルトを食べながら、TwitterやInstagramでトレンドを確認。 9:30 ブログ執筆スタート：カフェに移動してノートPCで記事を書いたり、リサーチを進める。 12:30 昼食：お気に入りのカフェや定食屋でランチ。食事をしながら読書やネタ探し。 14:00 取材・撮影・リサーチ：街歩きをしながら写真を撮ったり、新しいお店を開拓してネタにする。 16:00 執筆＆編集作業：帰宅して集中モードで記事を仕上げ、SEOチェックやアイキャッチ作成も行う。 19:00 夕食：自炊か外食。たまに友人と飲みに行って情報交換。 21:00 ブログのアクセス解析・改善点チェック：Googleアナリティクスやサーチコンソールを見て数字を分析。 22:00 映画鑑賞や趣味の時間：Amazonプライムで映画やドラマを楽しむ。 24:00 就寝：明日のアイデアをメモしてから眠りにつく。

実在気体とは何か

「実在気体」とは、現実の世界に存在する気体のことを指します。学校の教科書で出てくる「理想気体」と比べると、分子同士の引力や反発、分子の大きさなどが影響し、気体の挙動が少し複雑になります。実在気体について知ることは、化学の理解を深める第一歩です。

1. 理想気体と実在気体の違い

理想気体は、分子が点のように小さく、分子間に力が働かないと仮定します。この仮定は、低温・低圧のときに近い条件で成り立ちます。しかし現実の気体は分子の大きさがあり、分子同士は引力や反発力を持っています。その結果、温度や圧力を変えると、体積や圧力の関係が理想気体の式 PV=nRT だけでは説明しきれなくなります。

理想気体と比べて現実の気体は「体積の不足」が起こりやすく、圧力をかけると分子同士の衝突が増え体積が実際より小さくなることがあります。また低温では分子間の引力が強く働き、理想気体とは異なる挙動を示します。

2. 実在気体の特徴を表す指標

実在気体を直接正確に表すのは難しいですが、二つの考え方がよく使われます。1つは「ボイル・シャルルの法則の修正」。もう1つは「ヴィリアル方程式」という式で、気体の体積と分子間の力を補正します。この補正を入れると、温度・圧力・体積の関係が現実のデータに近づきます。

実在気体を評価するもうひとつの指標として「圧縮因子Z」があります。Z = PV/(nRT)と表され、Zが1に近いほど理想気体に近い振る舞いをします。高圧や低温の条件下でZは1からずれ、実在気体特有のふるまいを示します。

3. 日常生活での実在気体の例

空気は主に窒素と酸素からできていますが、実在気体としての性質を私たちに教えてくれます。例えば高圧の機械や深い海の中では、気体の挙動が理想気体と異なり、設計上の工夫が必要になります。

4. 実在気体を学ぶと得られる力

実在気体の理解は、物理学と化学の橋渡しになります。気体の性質を正確に知ることは、エンジニアリング、気象、環境科学などさまざまな分野で役立ちます。

表で見る理想気体と実在気体の違い

able> 観点理想気体実在気体分子の形点のような小さな分子分子は有限の大きさを持つ分子間力ゼロと仮定引力・反発力あり式の適用範囲低圧・高温でよく成り立つ広い条件で誤差が増える ble>

最後に、理想気体と実在気体の違いを知っておくことは、科学を学ぶうえで基本中の基本です。実験を通して、温度・圧力・体積がどう変化するかを観察すると、現実の世界が教科書と同じではないことが実感できます。

実在気体の関連サジェスト解説

実在気体理想気体とは: 実在気体と理想気体とは何かを、まず日常の例とセットで説明します。気体は目に見えない小さな粒がたくさん動いている状態です。理想気体はその気体をとても単純なモデルで表したもので、粒子は体積を持たず、粒子どうしも力を持たないと仮定します。この仮定のもとで PV=nRT の法則が成り立ちます。実在気体は現実の気体のことを指し、粒子には体積があり相互作用があるため厳密には PV=nRT は成りません。ところが低い圧力や高い温度の条件では実在気体でも理想気体の近い挙動を示すことが多く、一部の計算を簡単にすることができます。理想気体の特徴としては粒子が動くスペースが自由で、衝突は完全に弾性で、温度や圧力を変えても理論上は同じ法則に従う点が挙げられます。実在気体はこれらの仮定を満たさないため、現実には多少のずれが生じます。これを理解するには三つのポイントが役立ちます。一つ目は粒子の体積があるという点、二つ目は粒子間に力が働くという点、三つ目は高圧低温でその影響が強くなるという点です。これらに対して理想気体はこれらの影響を無視します。現実の状態を計算するときには補正を使います。代表的な補正として van der Waals の式が知られており、実際には P による分子間力の寄与と体積の削減を考慮します。ただし中学生レベルの理解ではまず PV=nRT をしっかり覚え、温度や圧力を変えたとき体積がどう変化するかの感覚をつかむことが大切です。日常の身の回りの気体、特に空気は実在気体ですが低圧高温の条件では理想気体に近い振る舞いをするため、授業の演習としてこの近さを体感するのにも適しています。実験や観察を通して理想気体と実在気体のズレを知ることは、科学リテラシーを高める第一歩です。

実在気体の同意語

非理想気体: 理想気体の前提を満たさない気体。分子間力の影響や分子の体積が影響するため、PV=nRT からの挙動がずき、現実の気体を指す語として使われます。
実在ガス: 実在気体と同義で、現実の挙動を示す気体を指す語。理想気体との対比で用いられます。
現実気体: 現実の挙動を示す気体。理想気体に対して使われ、現実世界で観測される気体を指す言い方です。
リアル気体: 英語 real gas の日常的なカタカナ表記。口語的にも使われ、実在気体と同義として用いられることがあります。
非理想性をもつ気体: 理想気体の前提を満たさない性質を持つ気体。実在気体の別称として使われることがあります。

実在気体の対義語・反対語

理想気体: 実在気体の対義語として用いられる基本概念。分子が点粒子で体積を持たず、分子間に力が働かないと仮定して、PV=nRTの関係を厳密に満たすガス。低密度・高温など、現実の気体がこの理想モデルに近づく条件でよく使われます。
非理想気体: 実在気体そのものを指す対語。分子間の引力・斥力や分子の体積が無視できないため、理想気体の法則だけでは正確に説明できません。実在気体は温度・圧力によって性質が変化し、van der Waals方程式などで補正します。
準理想気体: 理想気体にかなり近い振る舞いを示す状態の気体。特定の温度・圧力範囲では、実在気体の挙動が理想気体の法則に近づくため、近似として扱われることがあります。
近似理想気体: 実在気体を理想気体として近似して扱う概念。計算を簡単にするために用いられ、誤差は小さいと見なされる場合が多いです。
仮想気体: 現実には存在しない、理論上だけの想定的な気体。模型検証や式の導出など、抽象的な学習・理論検討のために使われます。

実在気体の共起語

理想気体: 分子を点粒子として扱い、体積を無視し、分子間力も無視する近似モデル。実在気体との対比で使われる。
ファンデルワールス方程式: 実在気体を近似する代表的な状態方程式。分子の体積を考慮する b と分子間引力の補正項 a を導入している。
状態方程式: PVTの関係を表す一般的な式。実在気体では理想気体の法則を修正する形で用いられる。
圧力: 気体分子が容器の壁に及ぼす力の総量。高圧になると理想気体からのずれが顕著になる。
温度: 気体分子の運動エネルギーに影響する指標。温度が高いと分子間力の影響は小さくなる傾向。
体積: 気体が占有する容積。実在気体では分子の占有体積も影響することがある。
分子間力: 分子同士が引力や斥力で作用する力。実在気体の非理想性の主な原因の一つ。
分子の占有体積: 各分子が占有する空間の体積。ファンデルワールス式の b に対応する補正。
補正項: 実在気体の方程式で用いられる a（引力補正）と b（体積補正）などの項。
気体定数: PV = nRT で使われる普遍気体定数。単位はSIで扱われる。
圧縮因子: Z = PV/RT。実在気体が理想気体とどれだけ異なるかを示す無次元量。
臨界点: 臨界温度 Tcと臨界圧力 Pc を含む点。実在気体の挙動を特徴づける重要な指標。
超臨界流体: 臨界点を超えた領域で、液体と気体の区別がなくなる状態。
Redlich-Kwong式: van der Waals式より改良された実在気体の状態方程式の一つ。
Soave-Redlich-Kwong式: SRK方程式とも呼ばれる、温度依存の補正を加えた実在気体方程式。
Peng-Robinson式: 工業的にも広く用いられる実在気体方程式。高度な補正を持つ代表的式。
非理想挙動: 理想気体の法則からずれた挙動。分子間力と分子体積の影響による。
実験データ: 実在気体の挙動は実験データに基づいて補正項が決定・検証される。
高圧領域: 高圧条件下で理想気体からの偏差が大きくなる領域。
低温領域: 低温条件下で分子間力の影響が顕著になる領域。
相平衡: 気体と液体の共存を扱う概念。実在気体の挙動は相平衡状態にも影響される。

実在気体の関連用語

実在気体: 分子間力や分子の体積が影響して、理想気体の法則からずれる気体。高圧・低温では特に顕著になる。
理想気体: 分子間力がなく、分子の体積を無視できると仮定した理想化された気体。PV=nRTに正確に従うとされる。
ヴァン・デル・ワールス方程式: 実在気体の挙動を近似する代表的な状態方程式。分子の体積と分子間引力を補正項として導入している。
ヴァン・デル・ワールス係数 a: 分子間引力の強さを表す定数。aが大きいほど引力の影響が大きい。
ヴァン・デル・ワールス係数 b: 分子の有限な体積を表す定数。bが大きいほど分子体積の影響が大きい。
圧縮因子 Z: 実在気体がPV=nRTからどれだけ逸脱しているかを示す指標。Z = PV/(nRT) で計算する。
Virial方程式: P-V-T関係を多項式で表す実在気体の近似。低密度領域で特に有効。
Virial方程式の二次項 (B2): 低密度領域での逸脱を表すVirial係数の二次項。温度に依存する。
Virial係数 (B, C, …): Virial方程式で用いる体積の多項式係数。主にB、Cなどが使われる。
Redlich-Kwong方程式: Van der Waalsよりも広い温度域で実在挙動を再現する近似方程式。
Soave-Redlich-Kwong (SRK) 方程式: RK方程式を改良した実務寄りの状態方程式。温度依存のa, bを用いる。
Peng-Robinson方程式 (PR EOS): 相平衡と臨界挙動を良く再現する高精度な方程式。冷媒設計にも頻繁に使われる。
Benedict-Webb-Rubin (BWR) 方程式: 古典的な実在気体の状態方程式。高精度だが複雑。
Dieterici方程式: 分子間力を含む別の実在気体の方程式。近似の用途や適用範囲が異なる。
Beattie-Bridgeman方程式: 比較的穏健な実在気体近似を提供する状態方程式。
混合気体の状態方程式 (mixing rules): 複数成分からなる気体のPVT挙動を予測するための規則。a・bやその他のパラメータの混合規則がある。
蒸気-液体平衡 (VLE) データ: 蒸気と液体が共存する相平衡のデータ。実在気体の設計・分離で重要。
臨界点 (Critical point): 臨界温度 Tc、臨界圧力 Pc、臨界体積 Vc を持つ特異点。気液の区別が消える点。
臨界温度 Tc: 液体と気体の区別がなくなる温度。
臨界圧力 Pc: 臨界点における圧力。
臨界体積 Vc: 臨界点における体積。
Reduced properties (Pr, Tr, Vr): Pr = P/Pc、Tr = T/Tc、Vr = V/Vc の無次元量。法則の普遍性を扱う際に用いる。
アセントリックファクター ω: 分子の非球形性を表す指標。ωが大きいほど実在性が顕著になる。
Joule–Thomson効果: 断熱膨張時に温度が変化する現象。実在気体の冷却・加熱に関係する。
Joule–Thomson係数 μJT: 一定の圧力変化での温度変化の指標。μJTの符号で温度上昇・下降を判断する。
実在気体データベース: PVTデータ、臨界データ、VLEデータなどを集めたデータベース。設計に役立つ。
蒸気圧と凝縮曲線: 気液境界を示す曲線。実在気体での相変化を把握する基礎。
モル体積 Vm: 1モルあたりの体積。状態方程式の基本変数。
ΔH^E（エンタルピー逸脱）: 実在気体と理想気体のエンタルピーの差。相変化時の熱量や熱力学性質に影響。
ΔS^E（エントロピー逸脱）: 実在気体と理想気体のエントロピーの差。熱力学的性質の違いを表す。
標準状態データ: 標準状態条件で測定・提供されるデータ。設計計算の基準になる。