气体
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结构
气体的显著特征是它们似乎根本没有结构。它们既没有固定的大小，也没有固定的形状，而普通的固体却有固定的大小和形状，液体也有固定的大小或体积，尽管它们的形状与所装容器的形状相适应。气体将完全充满任何封闭的容器;它们的性质取决于容器的体积，而不是形状。
分子运动的照片
然而，气体在分子尺度上确实有某种结构。它们由巨大的的数量分子向各个方向混乱地移动，彼此碰撞，与容器壁碰撞。除此之外，就没有结构了——分子在空间中基本上是随机分布的，以任意方向移动的速度随机分布，其平均速度由气体决定温度．的压力气体施加的力是分子对容器壁无数次撞击的结果，在人的感觉上是稳定的，因为每秒钟在容器壁的各个部分都发生了很多次碰撞。更微妙的属性如热导电率，粘度(流动阻力)，和扩散归因于分子本身携带的力学量能源，动力，和质量。这些被称为输运特性，输运速率是由分子间的碰撞决定的力它们的轨迹变成了曲折的形状。分子间的碰撞反过来又由分子间的力控制，并由力学定律描述。
因此，气体被视为服从于定律的微小粒子的大集合物理．它们的性质主要归因于运动可以用分子来解释气体动力学理论．这种情况并不明显，多年来一直是如此气体静态图是而不是支持例如，其中的压力被归因于本质上静止的粒子之间的排斥力，它们推着容器壁。运动分子图最终如何被普遍接受是科学史上一个迷人的片段，下面将在本节简要讨论气体动力学理论．任何基于这种动力学模型的气体行为理论都必须是统计理论，因为涉及到大量的粒子。气体的动力学理论现在是统计物理学的一个经典部分，实际上是许多基础理论的一个微型展示柜概念和方法科学．诸如分布函数、横截面、微观可逆性和时间反转等重要的现代概念不变性它们的历史根源于动力学理论，就像整个原子论的物质观一样。
数值大小
在考虑各种物理现象时，对所涉及的数值大小有一些概念是有帮助的。特别是，有几个特征的值应该知道，至少在一个数量级(10倍)，以便获得一个清楚的概念气体分子的性质。这些特征包括尺寸、平均速度和常温常压下的分子间分离。除此之外，还有其他重要的注意事项有多少次碰撞是典型的分子在这种条件下，一秒钟内的速度以及这种典型分子在与另一个分子碰撞之前的运动距离。分子的大小已经确定为几埃单位(1 Å = 10)−8厘米)，大约有6 × 1023一个分子摩尔，其定义为一种物质的质量以克为单位等于其质量的量分子量(例如，1摩尔水，H2O，为18.0152克)。有了这些知识，人们至少可以计算出一些气体的值。看看如何从简单的观察中估计答案，然后将结果与基于更精确的测量和理论的公认值进行比较，这是很有趣的。
分子间分离和平均速度
最简单的性质之一工作Out是分子之间的平均距离相对于它们的直径;水将用于此目的。考虑1克H2O在100°C和大气压力，这是正常的沸点条件。这种液体的体积为1.04立方厘米3.）;一次转换来蒸汽其体积为1.67 × 103.厘米3.．因此，气体中单个分子所占的平均体积比液体中相应分子所占的平均体积大1.67 × 103./1.04，约1600。由于体积随距离的立方而变化，气体中的平均分离距离与液体中的平均分离距离之比大致等于1600的立方根，约为12。如果认为液体中的分子是相互接触的，那么在普通气体中，分子间的分离与分子直径的比值在普通条件下是10的数量级。需要注意的是，不能用这种方法确定实际的分离度和直径;只有它们的比例才能计算出来。
估计气体分子的平均速度也相对简单。考虑一个声音波在气体中，就是传播一个小的压力扰动。如果压力归因于分子对测试表面的影响，那么压力扰动肯定不能比分子本身传播得更快。换句话说，气体中的平均分子速度应该比声速在气体中。在常温下，空气中的声速约为每秒330米(米/秒)，因此这里估计的分子速度要大一些，比如说约为5 × 104厘米每秒(cm/s)。这价值这取决于特定的气体和温度，但对于这里寻求的那种估计已经足够了。
平均自由程和碰撞率
平均分子速度，伴随着观察到的速率扩散气体，可以用来估计一个典型分子所经过的路径的长度和弯曲度。如果一瓶氨在一个封闭的房间里，至少要经过几分钟，才能在一米的距离内检测到氨。(氨、NH3.，是气体;我们熟悉的瓶装“氨”实际上是氨气在水中的溶液。)然而，如果氨分子以比声音更快的速度直接传播到观察者那里，气味应该在几毫秒内就能被探测到。关于差异氨分子与许多空气分子碰撞，导致它们的路径被极大地扭曲。为了定量估计扩散时间，必须考虑一个更可控的系统，因为在一个封闭的房间里，即使是轻微的杂散气流也会大大加速氨的扩散。为了消除这种气流的影响，一个封闭的管子，比如说，一个玻璃直径1厘米，长度1米的管子可以使用。一端释放少量氨气，然后两端关闭。为了测量氨流动到另一端需要多长时间，一张潮湿的红色石蕊试纸可以用作探测器;当氨到达时，它会变成蓝色。这个过程需要相当长的时间——大约几个小时——因为扩散的速度非常慢。在这种情况下，时间将花费大约3小时，或大约10小时4秒(s)。在这个时间间隔内，一个典型的氨分子实际移动的距离为(5 × 10)4(10 cm / s)4S) = 5 × 108厘米= 5000公里(公里)，大致是横跨地球的距离美国．换句话说，这样一个分子为了只前进1米的净距离，总行进了500万米。
一个基本统计问题的解可以用来估计的数量这种典型的碰撞扩散分子经验(N)和两者之间的平均距离碰撞（l)，称为平均自由程．的乘积N而且l必须等于行进的总距离，即，Nl= 5 × 108厘米。这段距离可以看作是一条5000公里长的链条，由N链接，每个链接都有长度l．统计学上的问题如下:如果这样一条链是随机混杂的，那么它的两端平均相距有多远?这个端到端的距离对应于扩散管的长度(一米)。这是一个值得尊敬的在许多应用中反复出现的统计问题。说明这一概念的一种更生动的方式被称为“酒鬼的走“在这种情况下，一个醉汉走了几步l但是，因为喝醉了，把他们带到任意的方向。后N步数，他离起点有多远?答案是他的进步是成比例的，而不是N但N1／2．例如，如果醉汉走了四步，每步都有长度l，它会以2的距离结束l从他的起点。气体分子在三维空间运动，而醉汉在二维空间运动;然而，结果是一样的。因此,平方根的N乘以平均自由程的长度等于扩散管的长度:N1／2l= 102厘米。由Nl而且N1／2l，可以很容易地计算出N= 2.5 × 1013碰撞而且l= 2.0 × 105厘米。碰撞之间的平均时间τ，是通过将扩散实验的时间除以这段时间内的碰撞次数得到的:τ = (104)/(2.5 × 1013) = 4 × 10－10碰撞间隔的秒数，对应的碰撞频率为2.5 × 109每秒碰撞次数。因此，在一般的时间和距离尺度上，气体似乎是连续的流体，这是可以理解的。