理想気体と実在気体の違いについて（再掲）

補足の図が追加できなかったので、質問し直します。

添付の図は、（左）一定圧力でのV-Tグラフ、（中）一定温度でのP-Vグラフ、（右）一定体積でのP-Tグラフです。点線が理想気体のふるまい、赤い実線が実在気体です。
（左）と（中）のグラフは、横軸が0付近までの実在気体について赤線が描かれていますが、（右）のグラフだけは横軸0付近の赤線はありませんが、なぜだと思われますか？

（左）では、「温度が凝固点に達すると凝固して体積は更に小さくなる。」、（中）では、「すべての気体が液体に変わると、圧力を加えても体積が減少しなくなる。」、（右）では、「さらに冷却すると、圧力は蒸気圧曲線に従って減少していく。」と説明があります。説明の通りだと、（右）でもT=0、P=0のところまで赤線を描いてもいい気がするのですが、なぜわざわざ途中で赤線を切っているのでしょうか？

No.1 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2019/04/08 12:44

左の図では

「理想気体では V/T = k （一定）」
であり、T = 0（絶対零度）では V =0 となるので、 原点を通る V = kT の直線となることを示しています。「シャルルの法則」そのものです。

中央の図では、
「PV = k（一定）」
であり、P→0 で V→∞、V→0 で P→∞ なので、グラフとしては原点（P=0, V=0）を示すことで「反比例」の関係となることを示しています。「ボイルの法則」そのものです。

右の図では、これら「ボイル・シャルルの法則」ではなく、一定体積の密閉容器における「気液平衡」の関係を表しています。
つまり、「理想気体」絶対零度まで「気体」であり続けると仮定してますが、たとえば「実在の気体」を「水蒸気」とすれば、温度が 0 ℃ = 273.15 K 以下であれば水は固体となってほぼ P=0 になります（実は「氷の蒸気圧」「過冷却水の蒸気圧」は存在するのでゼロにはなりませんが）。蒸気圧曲線が絶対零度まで特定の共通の曲線に沿って伸びているわけではありません。
②以上の温度・圧力では、水はすべて「気体=水蒸気」になります。Ｐ=１気圧であれば、②の点の温度は 100℃ = 373.15 K となります。
↓　参照サイト
http://atmos.miyakyo-u.ac.jp/water/water_vapor.h …

実在の気体が「酸素」であれば、Ｐ=１気圧なら融点（凝固点）が -218.4℃ で、それ以下の温度では蒸気圧はほぼ P=0 になります。②は -183℃ です。
このように、実在の気体は、融点（凝固点）や沸点がまちまちで、理想気体の「原点」との関係が一律ではないため、このような書き方をしているのではないでしょうか。

この回答へのお礼

お礼が遅くなって、どうもすみませんでした。大変詳しい説明をありがとうございました。蒸気圧曲線は気体と液体の境界だから、確かに絶対零度まではありませんね。勉強になりました。

お礼日時：2019/04/12 21:43

No.3 回答者： head1192 回答日時： 2019/04/08 16:58

まず、絶対零度付近ではほとんどの物質は液体または個体になってしまい、気体としてふるまえません。

星間ガスなどは液化も固化もしませんが、しかし１平方センチの中に気体分子数個という希薄さでは、
気体というより「空間のところどころに分子が浮かんでいる」と表現したほうがよいものです。
やはり実在「気体」とはなり得ません。

実在の気体は相転移を起こしますし、温度や圧力などによって物性も変化します。
理想気体はそういう雑音を排除した、まさに思考の上で「理想的に振る舞う気体」です。
だから絶対零度までの線を描けるのです。

この回答へのお礼

お礼が遅くなって、どうもすみませんでした。ご回答ありがとうございました。
宇宙空間では絶対零度に近くても普通の「気体」とは言えなくなるんですね。面白そうですので、余裕ができたら勉強してみたいと思います。

お礼日時：2019/04/12 21:53

No.2 回答者： konjii 回答日時： 2019/04/08 15:24

人類は絶対零度を実験で作った事がないためです。

理由は、温度を低くするために、更に低い温度と接して熱を吸収する必要があります。
絶対温度Ｔ＝０を実現するには、絶対温度Ｔ＜０の低温が必要ですが、実際には負の温度は無いので
絶対温度Ｔ＝０を実現できないからです。
実験で確認していない事は書けません。

この回答へのお礼

お礼が遅くなって、どうもすみませんでした。ご回答ありがとうございました。確かに、実験室で絶対零度は作れませんね。

お礼日時：2019/04/12 21:46