はじめに
理想気体の法則とは、気体の温度、圧力、体積の関係を示す簡単な式である。 これらの具体的な関係は、シャルルの法則、ボイルの法則、ゲイ＝リュサックの法則に由来している。 シャルルの法則は圧力一定で体積と温度が正比例、ボイルの法則は温度一定で圧力と体積が反比例、ゲイ＝リュサックの法則は体積一定で圧力と温度が正比例していることを表している。 これらを組み合わせたものが理想気体の法則の式となる。 PV = NRT。 Pは圧力、Vは体積、Nは気体のモル数、Rは普遍気体定数、Tは絶対温度である。
普遍気体定数Rは圧力-体積-温度の比例関係を満足する数であり、圧力-体積-温度関係を満足する。 Rは使用者の圧力、体積、モル数、温度の指定によって異なる値や単位を持つ。 Rの値は、オンラインデータベース上に様々な値が登録されており、また、ユーザーが次元解析により、観測された圧力、体積、モル数、温度の単位を既知のR値に変換することも可能である。 単位が一定であれば、どちらの方法でもよい。 理想気体の法則における温度の値は、右辺がゼロにならないように絶対単位（ランキンまたはケルビン）でなければならず、圧力-体積-温度の関係に違反する。 絶対温度の単位への変換は、華氏（F）か摂氏（C）のどちらかに足すだけでよい。 度R＝F＋459.67、K＝C＋273.15となる。
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気体粒子は無視できる体積を持つ。
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気体粒子は同じ大きさで、他の気体粒子との分子間力（引力または斥力）を持たない。
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気体粒子はニュートンの運動法則に一致してランダムに動く。
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気体粒子はエネルギー損失のない完全弾性衝突をする。
現実には理想気体は存在しない。 どんな気体粒子も系内に体積を持つ（微量ではあるが、それでも存在する）ので、最初の仮定に反している。 また、気体粒子の大きさは様々で、例えば水素ガスはキセノンガスよりかなり小さいです。 特に低温では、粒子は速く移動せず、互いに作用し合う。 気体粒子はランダムに動くことができても、系内のエネルギーと運動量の保存のために完全な弾性衝突はしません。
理想気体は厳密には理論上の概念ですが、実際の気体はある条件下では理想的に振る舞うことができます。 非常に低い圧力か高い温度を持つ系では、現実の気体を “理想的 “と推定することができる。 圧力が低い系では、気体粒子が他の気体粒子との分子間力を小さくすることができる。 同様に、高温の系では、気体粒子が系内で速く移動し、互いの分子間力が小さくなる。
理想気体の法則は、複数の理想気体を含む系にも当てはまり、これは理想混合気体と呼ばれる。 理想気体の法則は、複数の理想気体を含む系にも当てはまり、これは理想気体混合物として知られている。 理想混合気体では、系の全圧を異なる気体粒子それぞれの分圧に分割する。 このため、先の理想気体の方程式は次のように書き直すことができる。 Pi-V = ni-R-T. この式で、Piは種iの分圧、niは種iのモル数である。低圧または高温の条件では、混合ガスは計算を容易にするために理想気体混合物とみなすことができる。
システムが低圧または高温でない場合、ガス粒子は互いに作用することができ、これらの相互作用により理想気体の法則の正確性は大きく阻害される。 しかし、ファンデルワールス状態方程式など、気体粒子の体積と分子間相互作用を考慮したモデルもある。 理想気体の法則を超えた議論はこの記事の範囲外である
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