Látky akéhokoľvek skupenstva sa skladajú z častíc (atómy, molekuly). Priestor týmito časticami nie je celkom vyplnený, preto hovoríme o nespojitej alebo diskrétnej štruktúre látky. Častice sa v látkach neustále chaoticky pohybujú. Vykonávajú posuvný alebo aj otáčavý pohyb (viacatómové molekuly) alebo kmitavý pohyb.
Teleso, ktoré je v pokoji, neprevláda v ňom žiadny smer častíc teda všetky rýchlosti sú rovnako pravdepodobné – tzv. princíp molekulového chaosu. Neustály a chaotický pohyb sa nazýva tepelný pohyb. Tepelný pohyb je zložitejší ako je mechanický pohyb (Svoboda a i., 1992).
Pod pojmom termodynamická sústava, sa myslí ľubovoľné teleso alebo sústava telies skupenstva kvapalného, plynného alebo kryštalického (pevného), množina elektrických dipólov a iné. Termodynamická sústava môže byť izolovaná, to znamená, že si s okolím nevymieňa energiu. Uzavretá termodynamická sústava si s okolím nevymieňa častice a tepelne izolovaná sústava si nevymieňa s okolím teplo. Vždy ide o objekty s veľkým počtom častíc, t.j. atómov a molekúl (Červeň, 2007).
Počet častíc je jedna zo základných veličín, značíme ju písmenom N. Veličina hustota počtu častíc sa značí malým n a má rozmer m-3. Ďalšou dôležitou veličinou a jednou zo siedmych základných veličín v SI sústave je látkové množstvo. Jednotkou je mól a je vyjadrená Avogadrovou konštantou:
Jeden mol teda predstavuje látkové množstvo, ktoré obsahuje počet častíc (atómy,
elektróny, molekuly atď.) vyjadrený Avogadrovou konštantou (Červeň, 2007).
Chemické prvky sa odlišujú počtom protónov a neutrónov v atóme (tie sa
skladajú z troch kvarkov, ktoré interagujú vďaka poľným časticiam gluónom, teda
silnou jadrovou interakciou), tým majú rôzne prvky, rôzne hmotnosti. Tieto
hmotnosti sa môžu vyjadrovať v kilogramoch, ale vyhovujúcou jednotkou je tzv.
atómová hmotnostná jednotka, ktorá sa značí písmenom u, a zaviedla sa ako jedna
dvanástina hmotnosti atómu uhlíka 12C. Jej hodnota je približne:
Takto vyjadrená hmotnosť nie je vo všeobecnosti celé číslo. Hmotnosť vodíka je veľmi blízka hodnote 1u; hmotnosť hélia sa blíži k hodnote 4u, dusíka 28u, no atóm uhlíka je presne 12u(Červeň, 2007).
Stavovú rovnicu ideálneho plynu, ktorú ako prvý krát sformuloval francúzsky
fyzik Emil Clapeyron v roku 1834, vyjadruje, aký je vzájomný vzťah medzi tlakom,
teplotou a objemom plynu (Baker, 2013).
Ak plyn zohrievame, má tendenciu sa rozpínať. Ak plyn stláčame, bude mať
menší objem, ale vyšší tlak. Stavová rovnica je vyjadrená vzťahom:
Kde:
p – je tlak v Pa;V – je objem v m3; a – je počet molov plynu; R – je univerzálna
plynová konštanta(8,314 J ⋅ (mol ⋅ K)-1 ); T – je teplota v K.
Clapeyron odvodil stavovú rovnicu z dvoch existujúcich zákonov. Boylov–Mariotov
zákon(1662), Charlesov a Gay-Lussacov zákon.
Boyle si všimol súvislosti medzi tlakom a objemom. Pri izotermickom deji sa teplota plynu nemení dT= 0, súčin tlaku p a objemu V ideálneho plynu je konštantný.
kde p1 a V1 sú počiatočné hodnoty.
Lussac postrehol súvis medzi objemom a teplotou. Pri izobarickom deji vystupuje
závislosť objemu od teploty pri konštantnom tlaku dp = 0 (Gay-Lussacov zákon).
kde T1 je počiatočná hodnota.
Zo vzťahu vyplýva, že
pri konštantnom tlaku plynu, objem a teplota lineárne
narastá. Pri izochorickej zmene (Charlsov zákon) je závislosť tlaku plynu od jeho
teploty za stáleho objemu dV = 0. Zo stavovej rovnice vyplýva vzťah:
Čo znamená, že pri nemennom objeme sa so zvyšujúcou teplotou zvyšuje lineárne tlak plynu (Baker, 2013).