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La loi des gaz parfaits : pression, volume et température

Dossier - Introduction à la chimie : atomes et molécules au fil de l'histoire
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Qui ne souhaiterait pas percer les secrets des atomes et des molécules ? Grâce à ce dossier sur les bases de la chimie et son évolution dans l'histoire, la lumière est faite sur un domaine parfois perçu comme difficilement compréhensible.

  
DossiersIntroduction à la chimie : atomes et molécules au fil de l'histoire
 

Les expériences sur les gaz montrèrent l'existence du vide et mirent en évidence que l'air possède une masse. Des philosophes naturels virent en cela la démonstration de la théorie atomique de la matière, pour laquelle les substances sont faites de minuscules particules séparées par du vide. Un tel raisonnement finit par produire un modèle du comportement des gaz, décrivant les propriétés d'un idéal, appelé la loi des gaz parfaits.

Un gaz est constitué de particules minuscules (atomes ou molécules). Ici, une représentation d'un atome.© Ezumes Images, Shutterstock

Loi des gaz parfaits, ou loi d'Avogadro-Ampère

D'un point de vue historique, la loi des gaz parfaits, ou loi d'Avogadro-Ampère (1811), s'est construite sur la loi de Boyle-Mariotte, la loi de Charles (1787) et la loi de Gay-Lussac (1802). Elle s'énonce sous la forme :

P * V = n * R * T
P : pression du mélange ;
V : volume ;
T : température ;
n : quantité de matière (1 mole = 6,02.1023 molécules) ;
R : constante des gaz parfaits ; R = 8,3 J.K-1.mol-1.
Sphère de Magdebourd. Cette expérience du scientifique Otto von Guericke avait pour but de démontrer l'existence du vide et l'effet de la pression de l'air, prémices de la loi des gaz parfaits... © Gaspar Schott, DP

Propriétés des gaz parfaits

Voici les principales propriétés d'un gaz parfait :

  • Le gaz est constitué de particules minuscules. Celles-ci se comportent de manière identique, qu'il s'agisse d'atomes ou de molécules. On considère que ces particules sont si petites par rapport aux distances qui les séparent qu'elles n'occupent en fait aucun volume.
  • Les particules du gaz se déplacent en suivant des lignes droites, jusqu'à ce qu'elles entrent en collision avec les parois de l'enceinte ou avec une autre particule. Ces chocs donnent lieu à une pression exercée par le gaz sur les parois. Ce mouvement continuel et aléatoire permet aux gaz de se mélanger uniformément.
  • Les particules exercent des forces d'attraction et de répulsion électrostatiques mutuelles négligeables.
  • L'énergie cinétique moyenne des particules du gaz détermine la température du gaz.
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