Hوهنا، نواصل استكشاف السلوك الحراري للغازات. وعلى وجه الخصوص، فإننا ندرس خصائص الذرات والجزيئات التي تشكل الغازات. (تتكون معظم الغازات، على سبيل المثال النيتروجين "N" _2 والأكسجين "O" _2 ، من ذرتين أو أكثر. سنستخدم مصطلح "جزيء" في المقام الأول في مناقشة الغاز لأنه يمكن أيضًا تطبيق المصطلح على الغازات أحادية الذرة، مثل الهيليوم.)

يتم ضغط الغازات بسهولة. ستلاحظ أن الغازات لها أكبر معاملات تمدد الحجم. وتعني المعاملات الكبيرة أن الغازات تتوسع وتنكمش بسرعة كبيرة مع تغيرات درجات الحرارة. وبالإضافة إلى ذلك، ستلاحظ أن معظم الغازات تتوسع بنفس المعدل. وهذا يثير التساؤل حول السبب الذي يجعل الغازات جميعها تتصرف بنفس الطريقة تقريبًا، في حين أن معدلات تمدد السوائل والمواد الصلبة تختلف بشكل كبير. تكمن الإجابة في الانفصال الكبير للذرات والجزيئات في الغازات مقارنة بأحجامها. ونظرًا لأن الذرات والجزيئات لها مسافات كبيرة، فيمكن تجاهل القوى بينها، إلا عندما تتصادم مع بعضها البعض أثناء التصادمات. تكون حركة الذرات والجزيئات (عند درجات حرارة أعلى بكثير من درجة حرارة الغليان) سريعة، بحيث يشغل الغاز كل الحجم الذي يمكن الوصول إليه ويكون تمدد الغازات سريعًا. وعلى النقيض من ذلك، في السوائل والمواد الصلبة، تكون الذرات والجزيئات أقرب إلى بعضها البعض وتكون حساسة جدًا للقوى الموجودة بينها.

وفي درجات حرارة الغرفة، يمكن تجاهل التصادمات بين الذرات والجزيئات. في هذه الحالة، يسمى الغاز غازًا مثاليًا، وفي هذه الحالة يتم الحصول على العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة من خلال معادلة الحالة التي تسمى قانون الغاز المثالي.

لقد قمنا بتطوير تعريفات مجهرية للضغط ودرجة الحرارة. الضغط هو القوة مقسومة على المساحة التي تؤثر فيها القوة، ويتم قياس درجة الحرارة باستخدام مقياس الحرارة. لقد حصلنا على فهم أفضل للضغط ودرجة الحرارة من خلال النظرية الحركية للغازات، والتي تفترض أن الذرات والجزيئات في حركة عشوائية مستمرة.

في كثير من الأحيان، نرغب في مقارنة كتلة ذرة بأخرى. لتسهيل المقارنة، تم إنشاء مقياس الكتلة المعروف بمقياس الكتلة الذرية. لإعداد هذا المقياس، يتم اختيار قيمة مرجعية (مع وحدة) لأحد العناصر. تسمى الوحدة وحدة الكتلة الذرية (الرمز: u). وبموجب الاتفاق الدولي، يتم اختيار العنصر المرجعي ليكون النوع أو النظائر الأكثر وفرة للكربون، وهو ما يسمى الكربون 12. يتم تعريف كتلته الذرية على أنها اثنتي عشرة وحدة كتلة ذرية بالضبط، أو 12 ش. الكتلة الجزيئية للجزيء هي مجموع الكتل الذرية لذراته.

تحتوي الكميات العيانية من المواد على أعداد كبيرة من الذرات أو الجزيئات. حتى في حجم صغير من الغاز، 1 سم 3، على سبيل المثال، فإن العدد هائل. ومن الملائم التعبير عن مثل هذه الأعداد الكبيرة بوحدة واحدة، أو الجرام المول، أو ببساطة المول (الرمز: mol). يحتوي جرام واحد من مادة ما على عدد من الجسيمات (ذرات أو جزيئات) يساوي عدد الذرات الموجودة في 12 جرامًا من نظير الكربون 12. تظهر التجربة أن 12 جرامًا من الكربون 12 تحتوي على $6.022 \times 10^{23}$ الذرات. ويعرف عدد الذرات في المول الواحد برقم أفوجادرو NA نسبة إلى العالم الإيطالي أميديو أفوجادرو (1776- 1856). على الرغم من تعريفه من حيث ذرات الكربون، إلا أنه يمكن تطبيق مفهوم المول على أي مجموعة من الكائنات من خلال ملاحظة أن المول الواحد يحتوي على عدد أفوجادرو من الكائنات. المول هو الوحدة الأساسية في النظام الدولي للوحدات (SI) للتعبير عن "كمية المادة".

الغاز المثالي هو نموذج مثالي للغازات الحقيقية التي لديها كثافات منخفضة بما فيه الكفاية. تعني حالة الكثافة المنخفضة أن جزيئات الغاز متباعدة جدًا بحيث لا تتفاعل (باستثناء أثناء الاصطدامات التي تكون مرنة بشكل فعال). يعبر قانون الغاز المثالي عن العلاقة بين الضغط المطلق ودرجة حرارة كلفن والحجم وعدد مولات الغاز.

على الرغم من فائدته، إلا أن قانون الغاز المثالي لا يقدم أي فكرة عن كيفية ارتباط الضغط ودرجة الحرارة بخصائص الجزيئات نفسها، مثل كتلتها وسرعاتها. ولإظهار كيفية ارتباط هذه الخصائص المجهرية بالضغط ودرجة حرارة الغاز المثالي، يدرس هذا القسم ديناميكيات الحركة الجزيئية. يرجع الضغط الذي يمارسه الغاز على جدران الوعاء إلى القوة التي تمارسها جزيئات الغاز عند اصطدامها بالجدران. لذلك، سنبدأ بالجمع بين فكرة قوى الاصطدام التي يمارسها السائل مع قانون نيوتن الثاني والثالث للحركة. ستسمح لنا هذه المفاهيم بالحصول على تعبير عن الضغط من حيث الخصائص المجهرية. وسنقوم بعد ذلك بدمج هذا مع قانون الغاز المثالي لتوضيح أن متوسط ​​الطاقة الحركية للجسيم في الغاز المثالي هو $\bar{KE} = \frac{3}{2} kT$، حيث k هو ثابت بولتزمان وT هي درجة حرارة كلفن. وفي هذه العملية، سنرى أيضًا أن الطاقة الداخلية للغاز المثالي أحادي الذرة موجودة $U = \frac{3}{2} nRT$حيث n هو عدد المولات و R هو ثابت الغاز العالمي.

يمكنك شم رائحة العطر على مسافة ما من زجاجة مفتوحة، لأن جزيئات العطر تترك المساحة فوق السائل في الزجاجة، حيث تتركز نسبيًا، وتنتشر في الهواء، حيث يكون تركيزها أقل. وأثناء رحلتها، تصطدم بجزيئات أخرى، بحيث تشبه مساراتها المسارات المتعرجة المميزة للحركة البراونية. تسمى العملية التي تنتقل فيها الجزيئات من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة ذات تركيز أقل بالانتشار. ويحدث الانتشار أيضًا في السوائل والمواد الصلبة، على سبيل المثال، انتشار الحبر عبر الماء. ومع ذلك، بالمقارنة مع معدل الانتشار في الغازات، فإن المعدل أصغر بشكل عام في السوائل وأصغر في المواد الصلبة. يُشار إلى الوسط المضيف، مثل الهواء أو الماء في الأمثلة أعلاه، باسم المذيب، بينما تُعرف المادة المنتشرة، مثل جزيئات العطر أو الحبر، باسم المذاب. نسبيًا، يعتبر الانتشار عملية بطيئة، حتى في الغاز.