A gázhalmazállapotú anyagok viselkedésének leírása viszonylag egyszerűbb, mint a folyadékoké vagy a szilárd anyagoké, mert anyagi minőségtől függetlenül bizonyos szempontból lényegében egyformán viselkednek.

• A gázban lévő molekulák rendezetlen mozgást végeznek. Ezzel magyarázható a Tyndall által megfigyelt jelenség is.

Tyndall megfigyelte, hogy a levegőben lévő porszemek zegzugos mozgást végeznek. Ez azzal magyarázható, hogy a levegőben lévő molekulák mozognak és mozgásuk során porszemeknek, ütköznek, így a porszemek az eredő erő irányába mozdulnak el.
Ez a jelenség hasonló, mint amelyet Robert Brown, skót botanikus figyelt meg, aki 1827-ben folyadékba kevert virágport vizsgált mikroszkópjával. Megfigyelte a virágszemcsék szabálytalan mozgását, de nem tudta megmagyarázni, hogy mi okozza ezt a mozgást. A jelenség első matematikai leírását Albert Einstein adta meg.

• A gáztérben lévő molekulák állandó hőmérséklet mellett is különböző sebességgel mozognak. A legtöbb molekula egy adott hőmérsékleten átlagos sebességgel mozog. Ennél nagyobb vagy kisebb sebességgel csak kevés molekula mozog. Ezt legszemléletesebben Ottó Stern bizonyította kísérletileg.

Ottó Stern kísérlete:

Egy platina szálat ezüsttel vont be. A rudat belehelyezte egy nyílással rendelkező hengerbe, ezt pedig belehelyezte egy állandó szögsebességgel forgó hengerbe. A rendszert felmelegítette egy olyan állandó hőmérsékletre, amelyen az ezüst éppen párolog. A belső henger nyílását kinyitotta annyi időre, amennyi alatt a külső henger egyszer körbefordul. Egyszeri körülfordulás után a külső henger palástját levették és megvizsgálták. Azt tapasztalták, hogy az ezüstatomok nem egyenletesen csapódtak be a palást felületére. Az első tartományban kevés ezüstatomot találtak, ebből arra következtettek, hogy nagy sebességgel kevés molekula rendelkezik. Az utolsó tartományban is kevés atom csapódott be. Ezek érték el legkésőbb a palást felszínét, mert sebességük kicsi volt. A legtöbb részecske átlagos sebességgel rendelkezett és a középső tartományba  csapódott be.

• a gázokban lévő molekulák háromfajta mozgást végeznek:
• haladó mozgást
•  forgómozgást
•  rezgőmozgás
• Amíg a részecskék mozgási energiája lényegesen nagyobb, mint a közöttük levő kölcsönhatásból származó energia  (másodrendű kötőerők), addig a molekulák egymástól függetlenül végzik mozgásukat, a halmaz gázállapotban van.

  Gázállapotban a molekulák átlagos távolsága több nagyságrenddel nagyobb, mint saját átmérőjük, így egymásra gyakorolt hatásuk kicsi, gyakorlatilag elhanyagolható.

Mérések azt mutatják, ha a gáz sűrűsége nem túl nagy, akkor a legtöbb gáz fizikai viselkedése hasonló. Ezért célszerű bevezetni egy olyan idealizált modellt, amely a gázok közös tulajdonságait tartalmazza, de az egyedi tulajdonságokat figyelmen kívül hagyja (pl. a gáz színét, szagát, stb.).
Ezt a modellt ideális gázmodellnek nevezzük, amelynek a következő tulajdonságai vannak:

• a molekulák pontszerűek,
•  rendezetlenül mozognak,
•  tökéletesen rugalmasan ütköznek.

Leginkább a nemesgázok viselkedése hasonlít az ideális gázmodellhez.
A valódi gázokban ez a három feltétel csak közelítőleg teljesül.

Az állapotjelzők azok a mérhető makroszkopikus jellemzői egy anyagnak, amely segítségével az anyag sajátosságai meghatározhatók.
A gázok állapotát egyértelműen meghatározó állapotjelzők a gáz:

• térfogata,
• nyomása,
• hőmérséklete,
• anyagmennyisége,
• tömege.

Az állapotjelzők között vannak intenzív állapotjelzők, amelyek a folyamat során kiegyenlítődnek. Ilyenek a nyomás és a hőmérséklet.

Vannak olyan állapotjelzők, amelyek a folyamat során összeadódnak. Ezek az extenzív állapotjelzők. Ilyen a tömeg, az anyagmennység, a térfogat.

Bármely állapotjelző megváltozása — pl. hűtés — legalább egy, de inkább több állapotjelző megváltozását is maga után vonja.

Az állapotjelzők közötti összefüggés matematikai leírása az állapotegyenlet.

1. Nyomás

   A felületre merőleges nyomóerő és a felület nagyságának a hányadosa.
   Jele: p
   Mértékegysége: [p]=N/m²=Pa

2. Térfogat

   A gázok térfogata az a térrész, amelyben a molekulák mozoghatnak.
   Jele: V
   Mértékegysége: [V]=m³

3. Hőmérséklet

   Hőmérséklet mérésére felhasználható minden olyan jelenség, amelyről tudjuk, hogy milyen függvény szerint változik a hőmérséklettel. Leggyakrabban a folyadékok térfogatváltozását szokták hőmérséklet mérésére használni.

   Jele:   T		ha Kelvinben van kifejezve a hőmérséklet.
   t		ha Celsius-, Rèaumur-, Fahrenheitben van kifejezve.

            Néhány hőmérsékleti skála

    

4. Anyagmennyisé

   A mérleggel mérhető mennyiségek nagyon sok részecskéből állnak. Az anyagmennyiség mértékegysége a mol.
   Egy mol annak a rendszernek az anyagmennyisége, amely 6∙10²³ db részecskét tartalmaz.
   Az anyagmennyiség jele: n

5. Tömeg

   A gáz tömegét m-mel jelöljük.
   Mértékegysége: kg.

A hőmérséklet kinetikai értelmezése azt jelenti, hogy összefüggést keresünk a gázban lévő molekulák mozgása és a gáz hőmérséklete között.

Kísérlet:

1. Felszívunk az egyik fecskendőbe 5 cm³ tömény ammónia oldatot, a másik fecskendőbe 5 cm³ tömény sósav oldatot.
2. A két fecskendő tartalmát a cső két végén egyidejűleg a csőbe juttatjuk, majd a csövet dugóval bedugjuk.

Tapasztalat:

Bizonyos idő elteltével a csőben fehér füstgyűrű keletkezik.

Magyarázat:

A gázok a csőben diffundálva találkoznak és egymással reagálva fehér NH₄Cl-ot (szalmiáksót) képeznek.
A szalmiáksó kialakulásához az ammónia molekuláknak sebességgel  utat kellett megtenni, a hidrogén-klorid molekuláknak  sebességgel s_HCl utat kellett megtenni.

		A kísérlet során megmérjük az ammónia és a hidrogén-klorid molekulák által megtett utak hosszát a találkozásig. Az összefüggésből megállapítható, hogy a molekulák által megtett utak aránya megegyezik a molekulák átlagsebességének arányaival.
		A kísérlet során megállapítható, hogy a hidrogén-klorid és ammónia molekulák által megtett utak négyzeteinek aránya megközelítőleg .
		Ebből viszont az is következik, hogy a molekulák átlagsebességének arány is .
		Ha a két gáz moláris tömegét összehasonlítjuk, akkor hasonló arányt kapunk, mint az átlagsebességek négyzetének aránya. Ebből következik, hogy az ammónia és a hidrogén-klorid molekulák tömegének aránya is .
		A két jelzett arányt egyenlővé tehetjük, majd rendezzük az egyenletet. Ezt követően mindkét oldalát -del beszorozzuk. Így a következő összefüggést kapjuk:

A levezetésből láthatjuk, hogy állandó hőmérsékleten különböző molekulák átlagos mozgási energiája megegyezik.

Ha csökkentjük a gázok hőmérsékletét, akkor csökken a molekulák átlagos mozgási energiája, de az soha nem lehet nulla.

Azt a képzeletbeli hőmérsékletet, amelyen a molekulák átlagos mozgási energiája nullává válna, abszolút nulla foknak nevezzük. Ez a kelvin-féle hőmérsékleti skála alappontja. Ez -273,16°C.

Ennek a hőmérsékleti skálának a bevezetése azért lényeges, mert így a molekulák átlagos mozgási energiája és a kelvinben kifejezett hőmérséklet között egyenes arányosság van.

A gázok nyomása és a gázmolekulák átlagos mozgási energiája között is összefüggés van. Ezt vizsgáljuk meg egy gondolatkísérlet során.

Gondolatban töltsünk meg egy a oldalhosszúságú, kocka alakú tartályt gázzal.

• Így a gáztartály térfogata V=a³.
• Legyen a tartályban N számú molekula.
• A molekulák tömege legyen m₀.
• Tételezzük fel, hogy valamennyi molekula átlagsebességgel rendelkezik. ()

• Nagyszámú molekula esetén belátható, hogy egy adott pillanatban a tartály mindegyik lapja felé  db molekula mozog.

Elegendő a kocka alakú tartály egyetlen oldalán megvizsgálni, hogy a molekulák mozgásából adódóan mekkora lesz a nyomás érték. Mivel mindegyik oldal felé ugyanannyi molekula mozog, ugyanakkora átlagos sebességgel, mindegyik oldalon ugyanakkora lesz a nyomás.

Nézzük meg, hogy a jelzett falon mekkora nyomást hoz létre egyetlen molekula:

	A nyomás kifejezésekor felhasználjuk a lendülettételt, amely szerint az erőlökés megegyezik a lendületváltozással.

A jelzett fal felé  db molekula mozog. Ezek által létrehozott nyomás p.
 jelölje azt az időt, amely ahhoz szükséges, hogy a legtávolabbról, az az a távolságról induló molekula is elérje a jelzett falat.

Így .

Folytassuk a levezetést:

Bővítsük a törtet -vel!

Vagyis:
	A levezetésből látszik, hogy zárt térben lévő, állandó mennyiségű ideális gáz nyomása egyenesen arányos a gázmolekulák átlagos mozgási energiájával, az arányossági tényező .

A gázok állapotjelzői közötti összefüggést az állapotegyenlet írja le.

Ahhoz, hogy ezt az összefüggést megkapjuk, fel kell használni a gázok nyomásának és hőmérsékletének kinematikai értelmezésekor kapott összefüggéseket. Ezek a következők:

A nyomás képletébe behelyettesíthetjük a molekulák átlagos mozgási energiájára kapott összefüggést:

Rendezzük egy oldalra az állapotjelzőket:

A  szorzat egy állandót határoz meg, melyet Boltzmann-állandónak nevezünk, és k-val jelölünk.

Így az állapotegyenlet egyik, gyakran használt formájához jutunk:

A molekulák száma kifejezhető az Avogadro-szám és mólok számának a szorzataként. 
Így az állapotegyenlet egy másik formában is felírható:

A  szorzat egy újabb állandót határoz meg, amelyet egyetemes gázállandónak nevezünk, és R-rel jelölünk.

Az állapotegyenlet másik formája:

Ki lehet fejezni a mólok számát a gáz és a moláris tömeg hányadosával is:  .

Így a képlet a következőképpen módosul:

Ideális gázok állapotjelzői közötti összefüggést az állapotegyenlet írja le.

Állandó mennyiségű ideális gáz nyomásának és térfogatának szorzata osztva a kelvinben kifejezett hőmérséklettel mindig egy állandót határoz meg. Ez az állandó kifejezhető  vagy  vagy  szorzattal.

Állandó mennyiségű ideális gáz két tetszőleges állapota közötti összefüggést fejezi ki az egyesített gáztörvény:

Az állandó térfogaton történő állapotváltozást izochor állapotváltozásnak nevezzük.

Gondoljuk végig a következő folyamatot:

Egy V térfogatú zárt tartályban n anyag mennyiségű gázt melegítünk.

A gáz kezdeti állapotát a p₁, T₁, V és n, a végső állapotát a p₂, T₂, V és n állapotjelzők jellemzik.

Mindkét állapotra felírható az állapotegyenlet:

A két egyenletből következik:

Gay-Lussac II. törvénye: Állandó mennyiségű ideális gáz izochor állapot- változásakor a nyomás és a kelvinben kifejezett hőmérséklet hányadosa egy állandót határoz meg.

Ha a nyomást a kelvinben kifejezett hőmérséklet függvényében ábrázoljuk akkor a kapott függvények az izochorok.