Gaz monoatomique

Un gaz monoatomique est un gaz dont les constituants sont des atomes isolés[a].

Dans un sens plus restreint, l'expression gaz monoatomique désigne un corps simple élémentaire à l'état gazeux monoatomique, c'est-à-dire un gaz dont les atomes, isolés, sont tous du même élément chimique[b]. Ils se répartissent en trois types :

Propriétés thermodynamiques d'un gaz parfait monoatomique

La particularité des gaz monoatomiques est que chaque atome n'a que trois degrés de liberté (en translation) alors que les molécules (comportant plus d'un atome) ont en plus des degrés de liberté de rotation et de vibration. Les conséquences portent essentiellement sur les capacités thermiques, que l'on peut calculer théoriquement dans le cas d'un gaz parfait monoatomique (GPM).

Pour un gaz réel, il faut, en plus des degrés de liberté d'une particule seule, tenir compte des interactions entre particules.

Capacité thermique isochore

On montre en thermodynamique statistique que la capacité thermique isochore molaire d'un gaz parfait est , où désigne la constante des gaz parfaits et le nombre de degrés de liberté accessibles aux constituants du gaz. Donc, pour un gaz parfait monoatomique () :

Capacité thermique isobare

Pour un gaz parfait la relation de Mayer s'écrit pour les gaz parfaits : , où désigne la capacité thermique isobare molaire. Donc, pour un gaz parfait monoatomique :

Indice adiabatique

L'indice adiabatique étant défini par , pour un gaz parfait monoatomique on a :

Notes et références

  1. Par atomes isolés on entend qu'ils ne sont pas regroupés en molécules.
  2. En d'autres termes, un gaz monoatomique est souvent constitué d'atomes isolés d'un même élément chimique, mais ce n'est pas obligatoire : un mélange de gaz nobles est aussi un gaz monoatomique.