실제 기체와 이상 기체의 차이가 발생하는 이유는 무엇인가요?

Question

안녕하세요. 이상 기체 상태 방정식 PV=nRT를 실체 기체에 적용하고자 할 때 실제 기체와 이상 기체의 차이가 발생하여 실제 기체를 계산할 시에는 값을 보정해줘야 하는 이유가 무엇인지 궁금합니다.

Answer 1

이상기체 상태방정식 PV=nRT는 단순하고 직관적이지만, 실제 기체를 계산할 때는 이상기체 가정이 성립하지 않기 때문에 보정이 필요한 것인데요, 우선 이상기체라는 것은 분자 간 상호작용이 없다, 즉 기체 분자끼리는 인력이 없으며, 충돌만 일어난다고 가정한 것이며 기체 분자가 차지하는 부피를 무시한 것입니다.

하지만 실제 기체의 경우에는 반데르발스 힘이 존재하기 때문에 특히 저온이나 고압에서는 분자 간 인력이 커져, 기체가 압축되거나 부피가 이상적으로 계산한 것과 달라집니다. 또한 실제 기체 분자는 점이 아니라 부피가 있는 입자인데요, 따라서 고압에서 분자들이 서로 가까워지면, 점유 공간 때문에 압력이 이상기체보다 더 크게 나타나거나 계산된 부피보다 작게 나타납니다.

이로 인하여 저압, 고온에서는 분자 간 인력이 작고 분자 부피가 상대적으로 무시 가능하여 이상기체 방정식과 거의 일치하지만 고압, 저온 조건에서는 분자 부피가 무시할 수 없고 분자 간 인력이 무시할 수 없으므로 보정이 필요한 것입니다. 감사합니다.