The hukum gas ideal meringkas dengan cara yang benar perilaku yang dilakukan oleh setiap jenis gas , dan juga setuju dengan percobaan yang dilakukan pada gas oleh Boyle, Charles dan Gay-Lussac, Dalton, dll Pekerjaan ilmiah berlanjut di lapangan yang menjelaskan mengapa semua gas tampak berperilaku serupa. Dengan kata lain, langkah selanjutnya adalah mengusulkan caral teoritis yang memadai.
Sebuah caral harus mengekspos pengamatan ilmiah eksperimental, serta hukum-hukum yang berasal darinya. Proposal Anda dapat muncul secara intuitif dan harus dilakukan secara matematis. Model yang dikenal sebagai teori kinetik gas, menjelaskan, secara kualitatif dan kuantitatif, semua hukum yang ditempati oleh medan gas.
Teori kinetik gas, juga dikenal dengan nama teori kinetik molekuler , dilakukan oleh beberapa ilmuwan pada pertengahan abad kesembilan belas. Hipotesis mendasar yang mendasarinya adalah:
– Gas terdiri dari sejumlah besar molekul yang ukurannya dapat diabaikan dibandingkan dengan volume wadah yang menampungnya. Ini menyiratkan bahwa sebagian besar volume yang ditempati oleh gas adalah ruang kosong.
– Molekul gas berada dalam gerakan acak yang terus menerus, dari jenis bujursangkar, yang hanya diubah oleh tumbukan yang terjadi satu sama lain atau dengan dinding wadah. Semua tumbukan yang dihasilkan bersifat lenting, yaitu energi kinetik tidak diubah atau diubah oleh tumbukan tersebut.
– Molekul-molekul yang membentuk gas adalah independen, ini mengandaikan tidak adanya gaya tarik-menarik, serta tolakan di antara mereka.
– Energi kinetik rata-rata semua molekul sebanding dengan suhu mutlak.
Menurut teori kinetik, perilaku massa gas dapat dijelaskan mulai dari perilaku molekul secara individual; misalnya tekanan akibat goncangan yang terjadi pada dinding wadah. Teori kinetik menjelaskan secara kuantitatif dan kualitatif perilaku dan hukum gas, dan memiliki kemampuan untuk memprediksi secara akurat fenomena lain, seperti difusi gas, konduktivitas termalnya, dll.
Namun, teori kinetik gas tidak cukup menggambarkan perilaku gas dalam kondisi tertentu. Misalnya, pada tekanan yang terlalu tinggi atau suhu yang terlalu rendah, penyimpangan dari perilaku ideal yang dijelaskan oleh hukum gas ideal dapat diamati. Alasan adanya penyimpangan ini adalah karena gaya antarmolekul yang bekerja dalam gas nyata. Pada tekanan tinggi, molekul lebih dekat satu sama lain, dan volume yang mereka tempati dapat menjadi sebagian kecil dari volume yang tersedia, sehingga mampu mewujudkan gaya tarik antarmolekul. Dalam pengertian yang sama, ketika menurunkan suhu, kecepatan rata-rata yang dimiliki molekul agak rendah, sehingga gaya antarmolekul dapat dianggap cukup besar.
Dalam karya ilmiah, pengenalan koreksi beralasan dari hukum yang berbeda adalah umum, dengan kepentingan membuatnya kompatibel dengan pengamatan eksperimental baru, dan dengan demikian memperluas kemungkinan penerapannya ke sejumlah besar situasi yang mungkin. Ini adalah pendekatan yang dilakukan oleh ilmuwan Belanda Van der Waals , dengan memodifikasi persamaan gas ideal untuk kemungkinan penerapannya pada gas nyata. Persamaan yang dikembangkan Van der Waals untuk satu mol ternyata seperti ini:
(p + a / V ^ 2) (Vb) = RT
Dimana a / V ^ 2 adalah faktor yang mengoreksi penurunan tekanan yang disebabkan oleh gaya antarmolekul, sedangkan b mengacu pada konstanta, yang mengoreksi volume untuk diperhitungkan sebagai volume sebenarnya dari molekul. Nilai a dan b juga konstan, yang berbeda untuk setiap gas, dan dapat ditentukan secara eksperimental.