単原子ガス

物理学や化学では、「単原子」は「mono」と「atomic」を組み合わせた造語で、「単一の原子」を意味します。これは通常、気体に適用されます。単原子気体とは、原子同士が結合していない気体のことです。標準温度と圧力条件下での例としては、すべての希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン）が挙げられますが、十分に高い温度（または非常に低い圧力）では、すべての化学元素が気相で単原子になります。単原子気体の熱力学的挙動は、回転エネルギーや振動エネルギーがないため、多原子気体と比較してはるかに単純です。^{[ 1 ]}

標準温度圧力(STP)で安定な単原子(つまり分子ではない)である化学元素は希ガスのみです。希ガスはヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンです。希ガスは最外殻電子が満たされているため、反応性が低い種です。^{[ 2 ]}これらの元素は歴史的に完全に不活性であるとされてきましたが、ネオンとヘリウムを除くすべての元素で化学化合物が合成されています。^{[ 3 ]}

窒素（N ₂ ）などの同核二原子ガスとまとめて、希ガスは化学化合物でもある分子と区別するために「元素ガス」と呼ばれます。

単原子ガス中の原子の運動は並進運動のみである（室温では電子励起は重要ではない）。したがって、エネルギー等分配定理により、熱力学的温度Tにおける単原子ガスの単一原子の運動エネルギーは次のように与えられる。${\displaystyle {\frac {3}{2}}k_{\text{B}}T}$ここで、k _Bはボルツマン定数です。1 モルの原子にはアボガドロ数(${\displaystyle N_{\text{A}}}$原子の数なので、単原子ガスの1モルの原子のエネルギーは${\displaystyle {\frac {3}{2}}k_{\text{B}}TN_{\text{A}}={\frac {3}{2}}RT}$ここで、Rは気体定数である。

断熱過程では、単原子ガスの理想化されたγ因子（C _p / C _v）は5/3ですが、回転（室温では振動は除く）も寄与する理想二原子ガスでは7/5です。また、理想単原子ガスの場合： ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}