O que é um gás ideal?

Um gás ideal é um estado de matéria teórica usado pelos físicos na análise da teoria das probabilidades. O gás ideal é composto de moléculas que se refletem umas nas outras sem interagir de maneira alguma. Não há forças de atração ou repulsão entre as moléculas e nenhuma energia é perdida durante as colisões. Os gases ideais podem ser completamente descritos por seu volume, densidade e temperatura.

A equação de estado para um gás ideal, comumente conhecida como lei do gás ideal, é PV = NkT. Na equação, N é o número de moléculas e k é a constante de Boltzmann, que é igual a cerca de 1,4 x 10 ^-23 joules por kelvin. O que geralmente é mais importante é que a pressão e o volume são inversamente proporcionais e cada um é proporcional à temperatura. Isso significa, por exemplo, que se a pressão duplicar enquanto a temperatura é mantida constante, o volume do gás deve cair pela metade; se o volume do gás dobrar enquanto a pressão for mantida constante, a temperatura também deverá dobrar. Na maioria dos exemplos, o número de moléculas no gás é considerado constante.

Claro, isso é apenas uma aproximação. Colisões entre moléculas de gás não são perfeitamente elásticas, alguma energia é perdida e forças eletrostáticas entre moléculas de gás existem. Mas na maioria das situações cotidianas, a lei ideal dos gases se aproxima do comportamento real dos gases. Mesmo que não seja usado para realizar cálculos, manter em mente as relações entre pressão, volume e temperatura pode ajudar um cientista a entender intuitivamente o comportamento de um gás.

A lei ideal dos gases é frequentemente a primeira equação que as pessoas aprendem quando estudam gases em uma aula introdutória de física ou química. A equação de Van der Waal, que inclui algumas correções menores nas premissas básicas da lei do gás ideal, também é ensinada em muitos cursos introdutórios. Na prática, no entanto, a correção é tão pequena que, se a lei ideal dos gases não for precisa o suficiente para uma determinada aplicação, a equação de Van der Waal também não será boa o suficiente.

Como na maioria da termodinâmica, também se supõe que o gás ideal esteja em estado de equilíbrio. Esta suposição é claramente falsa se a pressão, volume ou temperatura estiver mudando; se essas variáveis ​​estão mudando lentamente, um estado chamado equilíbrio quase estático, o erro pode ser aceitávelmente pequeno. Desistir da suposição de equilíbrio quase estático significa deixar a termodinâmica para o mundo mais complicado da física estatística.