La legge del gas ideale è un’equazione utilizzata in chimica per descrivere il comportamento di un “gas ideale”, un’ipotetica sostanza gassosa che si muove in modo casuale e non interagisce con altri gas. L’equazione è formulata come PV=nRT, il che significa che la pressione per il volume è uguale al numero di moli per la costante del gas ideale per la temperatura. La legge dei gas ideali è generalmente utilizzata con il sistema di unità SI, quindi P è in Pascal, V è in metri cubi, n è adimensionale e rappresenta il numero di moli, R è in joule diviso per kelvin per moli e T è in Kelvin. La legge può anche essere data come PV=NkT, con il numero di particelle (N) che sostituisce il numero di moli e la costante di Boltzmann che sostituisce la costante dei gas ideali.
Un elemento importante che coloro che lavorano con la legge del gas ideale devono capire è che funziona solo in situazioni idealizzate e teoriche. I gas reali interagiscono tra loro e con se stessi a vari livelli, e tali interazioni sminuiscono la casualità del movimento delle particelle di gas. A basse temperature e alte pressioni, ad esempio, le forze di attrazione tra i gas possono alterare in modo significativo il modo in cui si comportano i gas. A temperature sufficientemente basse e pressioni elevate, molti gas diventano addirittura liquidi, ma la legge dei gas ideali non tiene conto di questo comportamento.
Ci sono una varietà di usi per la legge dei gas ideali, ma coinvolgono quasi sempre situazioni teoriche. Si può usare la legge del gas ideale per determinare una qualsiasi delle proprietà sconosciute di un gas ideale, supponendo di conoscere il resto delle proprietà. Se, ad esempio, sono noti la pressione, il numero di moli e la temperatura, è possibile calcolare il volume tramite semplice algebra. In alcuni casi, la legge dei gas ideali può essere utilizzata in situazioni reali, ma solo con gas i cui comportamenti seguono da vicino la legge a determinate condizioni di temperatura e pressione, e anche allora può essere utilizzata solo come approssimazione.
La legge del gas ideale viene solitamente insegnata in modo dettagliato nelle lezioni di chimica generale delle scuole superiori e universitari. Gli studenti usano la legge per apprendere le basi del calcolo in chimica e spesso sono tenuti a fare diverse conversioni di unità prima di applicare effettivamente l’equazione. La legge illustra anche alcuni concetti importanti sui comportamenti dei gas. Essa mostra, ad esempio, che ad un aumento di pressione di un sistema gassoso tende a corrispondere una diminuzione di volume, e viceversa. È importante comprendere le relazioni dimostrate, anche se l’equazione non può essere utilizzata per calcoli precisi sui sistemi gassosi reali.