気体の状態方程式（PV = nRT）

気体の圧力・体積・温度・物質量は、たった 1 つの式で結ばれています。

• $P$ — 圧力（Pa）
• $V$ — 体積（m³）
• $n$ — 物質量（mol）
• $R$ — 気体定数 $8.314$ J/(mol·K)
• $T$ — 絶対温度（K）

この式には、気体の種類が入っていません。酸素だろうが水素だろうが、同じ温度・同じ圧力なら、同じ体積に同じ個数の分子が入る ということです（アボガドロの法則）。

例

標準状態（0℃、1 気圧 = 101.325 kPa）で 22.4 L の気体の物質量を求めます。

ほぼ 1 mol です。「標準状態で 1 mol の気体は 22.4 L」という有名な値は、この式から出てきます。正確には 22.414 L なので、22.4 で計算すると 0.999 mol とわずかにずれます。

温度は必ずケルビン

いちばん多い間違いが、摂氏をそのまま代入すること です。

$T$ は絶対温度でなければなりません。0℃ を 0 と入れると $PV = 0$ になってしまい、まるで意味を成しません。必ず 273.15 を足してください。

理想気体という前提

この式は、分子の大きさが 0 で、分子どうしが引き合わない「理想気体」の式です。実際の気体でも、常温・常圧なら十分よく合います。

合わなくなるのは、圧力が非常に高いとき（分子の大きさが無視できない）や、温度が非常に低いとき（分子間力が効いて液体に近づく）です。