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 d’autres gaz. L’équation est formulée comme PV=nRT, ce qui signifie que la pression multipliée par le volume est égale au nombre de moles multiplié par la constante de gaz parfait multipliée par la température. La loi des gaz parfaits est généralement utilisée avec le système d’unités SI, donc P est en Pascals, V est en mètres cubes, n est sans dimension et représente le nombre de moles, R est en joules divisé par kelvins multiplié par moles, et T est en kelvins. La loi peut également être donnée par PV=NkT, avec le nombre de particules (N) remplaçant le nombre de moles, et la constante de Boltzmann remplaçant la constante des gaz parfaits.
Un élément important que ceux qui travaillent avec la loi des gaz parfaits doivent comprendre est qu’elle ne fonctionne que dans des situations théoriques idéalisées. Les gaz réels interagissent entre eux et avec eux-mêmes à des degrés divers, et ces interactions nuisent au caractère aléatoire du mouvement des particules de gaz. À basse température et à haute pression, par exemple, les forces d’attraction entre les gaz sont susceptibles de modifier considérablement le comportement des gaz. À des températures suffisamment basses et à des pressions élevées, de nombreux gaz deviennent même liquides, mais la loi des gaz parfaits ne tient pas compte de ce comportement.
Il existe une variété d’utilisations de la loi des gaz parfaits, mais elles impliquent presque toujours des situations théoriques. On peut utiliser la loi des gaz parfaits pour déterminer l’une des propriétés inconnues d’un gaz parfait, en supposant que l’on connaît 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 par 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 suivent de près la loi à certaines conditions de température et de pression, et même alors, elle ne peut être utilisée qu’à titre indicatif.
La loi des gaz parfaits est généralement enseignée en détail dans les cours de chimie générale des lycées et des collèges. Les élèves 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 sur le comportement des gaz. Il montre, par exemple, qu’une augmentation de la pression d’un système gazeux tend à correspondre à une diminution de volume, et vice versa. Il est important de comprendre les relations démontrées, même si l’équation ne peut pas être utilisée pour des calculs précis sur les systèmes gazeux réels.