Gaz to jeden ze stanów skupienia materii charakteryzujący się dużą swobodą ruchu cząstek i brakiem stałego kształtu czy objętości. W klasyfikacji stanów materii gaz przeciwstawiany jest zwykle cieczy i ciału stałemu; różnice wynikają z sił międzycząsteczkowych i odległości pomiędzy cząstkami. W gazie odległości między cząsteczkami są na tyle duże, że oddziaływania są słabe, a właściwości makroskopowe zależą przede wszystkim od zderzeń i ruchu cząstek.

Właściwości i podstawy mikroskopowe

  • Ruch i zderzenia: według kinetycznej teorii gazów cząsteczki poruszają się swobodnie i zderzają się ze sobą oraz ze ściankami naczynia, co generuje ciśnienie; odniesienie do koncepcji cząstek można znaleźć pod cząsteczki.
  • Porównanie stanów: w odróżnieniu od cieczy cząsteczki gazu nie tworzą uporządkowanych struktur, a w porównaniu z ciałami stałymi nie występują trwałe wiązania utrzymujące kształt.
  • Skład chemiczny: gaz może składać się z pojedynczych atomów atom, cząsteczek tego samego pierwiastka lub związków chemicznych molekuły złożone.

Gazy dzieli się na monoatomowe, jak neon, oraz na diatomowe i poliatomowe, na przykład wodór (dwuatomowy) czy dwutlenek węgla (molekularny złożony). W praktyce wiele układów występuje jako mieszaniny różnych gazów — znanym przykładem jest powietrze.

Mieszanina gazów powstaje, gdy różne składniki nie reagują i swobodnie współistnieją; termin mieszanka obejmuje zarówno proste mieszaniny laboratoryjne, jak i atmosferę ziemską. Skład powietrza suchym zwykle podaje się orientacyjnie: około powietrza zawiera ~78% azotu azot, ~21% tlenu tlen oraz blisko 1% gazów szlachetnych jak argon, a do tego śladowe ilości dwutlenku węgla i innych gazów.

Pod względem opisów matematycznych gazy w wielu sytuacjach przybliża prawo gazu doskonałego PV = nRT, natomiast rzeczywiste odchylenia uwzględniają modele takie jak równanie van der Waalsa. W praktyce istotne są też zjawiska dyfuzji, efuzji oraz zależność temperatury od średniej energii kinetycznej cząsteczek — informacje pomocnicze często znajdują się w źródłach dotyczących stanów skupienia i kinetycznej teorii.

Gazy mają kluczowe zastosowania: jako paliwa i surowce (np. gaz ziemny, głównie metan), media grzewcze, gaz do oddychania w medycynie i nurkowaniu (czysty tlen), gazy ochronne w spawalnictwie, a także w oświetleniu i reklamie (np. neon). Z drugiej strony niektóre gazy mają znaczenie środowiskowe — CO2 i metan uczestniczą w efekcie cieplarnianym i zmianach klimatu — oraz mogą być niebezpieczne: gazy trujące były stosowane jako broń chemiczna podczas konfliktów, zwłaszcza I wojny światowej (historia użycia), i obecnie są zakazane lub ściśle regulowane.

Podsumowując, gaz to wszechobecny i wszechstronny stan materii o unikalnych właściwościach dynamiki cząsteczkowej. Zrozumienie jego zachowania — od podstaw kinetyki po prawa makroskopowe — jest niezbędne w nauce, technice i ochronie środowiska.