Qu'est-ce que la loi des gaz parfaits?
La loi des gaz parfaits est une équation utilisée en chimie pour décrire le comportement d'un "gaz idéal", une substance gazeuse hypothétique qui se déplace de manière aléatoire et n'interagit pas avec les autres gaz. L'équation est formulée comme suit: PV = nRT, ce qui signifie que la pression multipliée par le volume est égale au nombre de moles multiplié par la constante du gaz idéal multipliée par la température. La loi des gaz parfaits est généralement utilisée avec le système d'unités SI. P est donc en Pascals, V est en mètres cubes, n est sans dimension et représente le nombre de moles, R est en joules divisé par les kelvins fois par moles, et T est en kelvins. La loi peut aussi être donnée par PV = NkT, le nombre de particules (N) remplaçant le nombre de moles et la constante de Boltzmann remplaçant la constante de gaz idéale.
Ceux qui travaillent avec la loi des gaz parfaits doivent comprendre un élément important, à savoir qu’elle ne fonctionne que dans des situations théoriques idéalisées. Les gaz réels interagissent les uns avec les autres et avec eux-mêmes à des degrés divers, et ces interactions nuisent au caractère aléatoire du mouvement des particules de gaz. À basses températures et à des pressions élevées, par exemple, les forces d'attraction des gaz sont susceptibles de modifier considérablement le comportement de ces gaz. À des températures suffisamment basses et à des pressions élevées, de nombreux gaz deviennent même des liquides, mais la loi des gaz parfaits ne tient pas compte de ce comportement.
La loi des gaz parfaits peut être utilisée de diverses manières, mais elle implique presque toujours des situations théoriques. On peut utiliser la loi des gaz parfaits pour déterminer l’une des propriétés inconnues d’un gaz idéal, en supposant que l’on connaisse le reste des propriétés. Si, par exemple, la pression, le nombre de moles et la température sont connus, il est possible de calculer le volume à l'aide d'une simple algèbre. Dans certains cas, la loi des gaz parfaits peut être utilisée dans des situations réelles, mais uniquement avec des gaz dont les comportements sont étroitement conformes à la loi dans certaines conditions de température et de pression, et même dans ce cas, elle ne peut être qu'approximative.
La loi des gaz parfaits est généralement enseignée de manière très détaillée dans les cours de chimie générale des lycées et collèges. Les étudiants utilisent la loi pour apprendre les bases du calcul en chimie et doivent souvent effectuer plusieurs conversions d'unités avant d'appliquer réellement l'équation. La loi illustre également plusieurs concepts importants concernant le comportement des gaz. Cela montre, par exemple, qu'une augmentation de la pression d'un système gazeux tend à correspondre à une diminution du volume, et inversement. Il est important de comprendre les relations démontrées, même si l'équation ne peut pas être utilisée pour des calculs précis sur des systèmes gazeux réels.