Kaasu, yksi aineen kolmesta perustilasta, jolla on selvästi erilaiset ominaisuudet kuin nestemäisellä ja kiinteällä olomuodolla.
Rakenne
Kaasujen merkittävä ominaisuus on, että niillä ei näytä olevan rakennetta ollenkaan. Niillä ei ole määrättyä kokoa eikä muotoa, kun taas tavallisilla kiinteillä aineilla on sekä määrätty koko että määrätty muoto, ja nesteillä on määrätty koko tai tilavuus, vaikka ne mukauttavat muotoaan sen astian muotoon, johon ne asetetaan. Kaasut täyttävät kaikki suljetut säiliöt kokonaan; niiden ominaisuudet riippuvat säiliön tilavuudesta, mutta eivät sen muodosta.
Kineettis-molekyylikuva
Kaasuilla on kuitenkin jonkinlainen rakenne molekyylimittakaavassa. Ne koostuvat suuresta määrästä molekyylejä, jotka liikkuvat kaoottisesti kaikkiin suuntiin ja törmäävät toisiinsa ja säiliönsä seiniin. Tämän lisäksi ei ole rakennetta – molekyylit ovat jakautuneet olennaisesti satunnaisesti avaruuteen ja kulkevat mielivaltaisiin suuntiin nopeuksilla, jotka jakautuvat satunnaisesti kaasun lämpötilan määrittämän keskiarvon ympärille. Kaasun kohdistama paine on seurausta molekyylien lukemattomista vaikutuksista säiliön seiniin, ja se vaikuttaa vakaalta ihmisen aistimille, koska niin monia törmäyksiä tapahtuu joka sekunti kaikilla seinämien osilla. Hienovaraisemmat ominaisuudet, kuten lämmönjohtavuus, viskositeetti (virtausvastus) ja diffuusio, johtuvat molekyyleistä, jotka kantavat vastaavasti mekaanisia energia-, liikemäärä- ja massamääriä. Näitä kutsutaan kuljetusominaisuuksiksi, ja kulkunopeutta hallitsevat molekyylien väliset törmäykset, jotka pakottavat niiden liikeradat mutkaisiin muotoihin. Molekyylien törmäyksiä puolestaan ohjaavat molekyylien väliset voimat, ja niitä kuvataan mekaniikan laeilla.
Siksi kaasuja käsitellään suurena kokoelmana pieniä hiukkasia, joihin sovelletaan fysiikan lakeja. Niiden ominaisuudet johtuvat ensisijaisesti molekyylien liikkeestä, ja ne voidaan selittää kaasujen kineettisellä teorialla. Ei ole itsestään selvää, että näin pitäisi olla, ja useiden vuosien ajan sen sijaan puolustettiin staattista kaasukuvaa, jossa paineen katsottiin johtuvan esimerkiksi hylkivistä voimista säiliön seinämiä työntävien oleellisesti paikallaan olevien hiukkasten välillä. Se, kuinka kineettis-molekyylikuva lopulta tuli yleisesti hyväksytyksi, on kiehtova osa tieteellistä historiaa, ja sitä käsitellään lyhyesti jäljempänä osiossa Kaasujen kineettinen teoria. Kaikkien tähän kineettiseen malliin perustuvan kaasun käyttäytymisen teorian on myös oltava tilastollinen, koska siihen liittyy valtava määrä hiukkasia. Kaasujen kineettinen teoria on nykyään klassinen osa tilastollista fysiikkaa, ja se on todellakin eräänlainen pienoismalli monille tieteen peruskäsitteille ja menetelmille. Tällaisilla tärkeillä nykyaikaisilla käsitteillä, kuten jakautumisfunktiot, poikkileikkaukset, mikroskooppinen palautuvuus ja ajan käänteinen invarianssi, ovat historialliset juurensa kineettisessä teoriassa, kuten myös koko atomistisella näkemyksellä aineesta.