en materie- eller stofftilstand der stoffet verken har bestemt form eller volum. Luft er en blanding av gasser.
En gass fyller helt ut det rom den er i. Gasser har ingen fri overflate slik som væsker og faste stoffer, de øver alltid et trykk mot overflaten til legemer som befinner seg i den (lufttrykk). En avstengt gass øver et trykk mot veggene til rommet den er i. Dersom veggene gir etter for trykket, utvider gassen seg.
Gasslover
Hvis en gass endrer trykk, temperatur eller volum uten at den utveksler varme med omgivelsene, kalles forandringene adiabatiske. Når en gass utvider seg uten overføring av varme, blir den avkjølt, og når den trykkes sammen, stiger temperaturen. Det tar tid å overføre varme, så raske prosesser, f.eks. trykkendringene i lydbølger i luft, kan regnes som adiabatiske. For adiabatiske tilstandsforandringer gjelder at trykket p ganger volumet V opphøyd i en potens γ (kalt adiabatkonstanten) er konstant, pVγ = konstant. For luft er γ = 1,41.
Dersom gassens trykk og volum endres mens temperaturen er konstant, kalles prosessen isoterm. Da er produktet av trykket og volumet konstant for en avstengt gass, pV = konstant. Dette kalles Boyle-Mariottes lov.
Om man sørger for at trykket holdes uforandret mens temperaturen og volumet endres, kalles prosessen isobar. Da vil volumet og temperaturen øke når man tilfører varme. Gassens volum er da proporsjonalt med dens absolutte temperatur, V = konstant·T. Dette kalles Gay-Lussacs lov.
Hvis gassens volum holdes konstant mens trykket og temperaturen endres, kalles prosessen isochor. Da vil trykket og temperaturen øke når man tilfører varme, og gassens trykk vil være proporsjonalt med dens absolutte temperatur, p = konstant·T. Dette kalles konstant volum-loven. Man har vist at dersom en gass avkjøles mens dens volum holdes konstant, vil trykket synke til null ved en temperatur lik −273,15 °C. Dette er den laveste temperatur som kan tenkes oppnådd, og man kaller den det absolutte nullpunkt for temperatur. Ifølge konstant volum-loven må dette svare til en absolutt temperatur T lik null. Temperaturskalaen som brukes til å angi absolutt temperatur, kelvinskalaen, starter med null ved det absolutte nullpunkt, mens temperaturen 0 °C svarer til 273,15 K (grader Kelvin).
De tre gasslovene kan sammenfattes i en tilstandsligning, pV=RT, som sier at produktet av trykk og volum for en avstengt gassmengde er proporsjonalt med gassens absolutte temperatur. For et mol gass er R den samme for alle gasser og kalles den molare gasskonstanten. Den har dimensjon energi dividert med temperatur og er lik 8,314 joule/kelvin.
En hypotetisk gass som denne tilstandsligningen skulle gjelde eksakt for, kalles en ideell gass eller idealgass. Med stor tilnærmelse gjelder den for alle virkelige gasser innenfor vide temperatur- og trykkgrenser.
Ved store trykk eller lave temperaturer blir det betydelige avvik fra tilstandsligningen, og er temperaturen lav nok, går alle gasser over til væske. De blir kondensert. Er temperaturen høyere enn den såkalte kritiske temperaturen for gassen, er det ikke mulig å kondensere gassen til væske, selv ved de aller største trykk. Gass- og væskeformen går da kontinuerlig over i hverandre. Det trykket gassen må ha ved den kritiske temperaturen for å kondensere, kalles det kritiske trykk. Tilstanden kalles kritisk tilstand.
En ideell gass forutsetter molekyler uten utstrekning og uten tiltreknings- eller frastøtningskrefter, noe som ikke gjelder for virkelige gasser. Det er laget flere forskjellige tilstandsligninger som tar hensyn til molekylenes endelige volum og krefter mellom dem. Den mest brukte er den som ble formulert av van der Waals i 1880.
Når man blander forskjellige gasser, gjelder med god tilnærmelse Daltons lov: Trykket i en gassblanding er lik summen av de enkelte gassenes partialtrykk. Med partialtrykk for en av gassene i en gassblanding menes det trykket denne gassen ville hatt om den var alene i det samme volumet.
Gassers egenskaper ble forklart i den kinetiske gassteori, opprinnelig oppsatt av D. Bernoulli (1738), og utviklet videre på midten av 1800-tallet av R. J. E. Clausius, J. C. Maxwell, L. Boltzmann m.fl. Teorien er basert på at en gass består av atskilte, frie molekyler, som beveger seg tilfeldig i rommet med stor hastighet. Et fenomen som viser at gasser består av frie molekyler, slik den kinetiske gassteorien forutsetter, er de Brownske bevegelser.
Gasstrykket er virkningen av molekylenes støt mot flater i gassen. At en gass utvider seg ubegrenset når den får anledning til det, kommer av at molekylene beveger seg fritt, uten merkbare tiltrekningskrefter mellom dem. Gassens temperatur er ifølge den kinetiske gassteorien proporsjonal med molekylenes gjennomsnittlige bevegelsesenergi. Av det kan man beregne gassmolekylenes fart ved en bestemt temperatur. Ved 0 °C er den for hydrogen 1840 m/s, og for oksygen 460 m/s. Den gjennomsnittlige avstanden et molekyl beveger seg mellom to støt med andre molekyler, kalles midlere fri veilengde. Ved 0 °C og atmosfæretrykk er den for hydrogen 160 nm (n står for nano=10–9) og for oksygen 90 nm.
Avogadros lov sier at ved samme temperatur og trykk inneholder like store volumer av forskjellige gasser samme antall molekyler. Et mol av en gass er den stoffmengde som inneholder like mange molekyler som 12 g karbon av 12C. Dette antallet kalles Avogadros konstant og er lik 6,023·1023 per mol. Ved 0 °C og 1 atm trykk er volumet av et mol av en gass lik 22,415 dm3. Et fenomen som viser at gasser består av frie molekyler, slik den kinetiske gassteorien forutsetter, er de Brownske bevegelser.
Degenerert gass
Ved meget lave temperaturer eller store trykk går en gass over i det som kalles en degenerert gass. Gassmolekylenes bevegelser beskrives da ikke lenger ved den kinetiske gassteori, som bygger på Boltzmann-statistikk, men ved en teori basert på kvantestatistikk (Fermi-Dirac- eller Bose–Einstein-statistikk). Teorien for degenererte gasser har vist seg å ha en rekke anvendelsesområder utenom det man tradisjonelt forstår med gass, f.eks. i faststoff-fysikken for beskrivelse av elektronbevegelsen i metaller og halvledere (elektrongass), i ionosfærefysikken for beskrivelse av ladede partiklers bevegelse, og i astrofysikken for forståelse bl.a. av de termonukleære prosesser som foregår i stjernene.
Gassbetegnelsen ble trolig innført av Johann Baptist van Helmont.
Sammensetning, densitet og nedre brennverdi for noen viktige tekniske brenselgasser
| Bestanddeler, volumprosent | Densitet ved 1 atm. | Nedre brennverdi J/m3 | |||||||
| CO | CO2 | H2 | N2 | O2 | CH4 | CnHm1 | |||
| Generatorgass laget av | |||||||||
| steinkull | 27,0 | 4,5 | 14,0 | 50,9 | 0,6 | 3,0 | - | 1,11 | 5700 |
| koks | 25,3 | 5,4 | 13,2 | 55,2 | 0,5 | 0,4 | - | 1,14 | 4500 |
| Tre | 22,8 | 4,3 | 18,6 | 51,0 | 0,5 | 2,3 | 0,5 | 1,05 | 5900 |
| trekull | 29,6 | 5,1 | 7,8 | 57,0 | 0,5 | - | - | 1,20 | 4400 |
| Karburert vanngass | 33,4 | 3,9 | 34,6 | 7,9 | 0,9 | 10,4 | 8,9 | 0,84 | 19 000 |
| Masovngass (giktgass) | 27,5 | 10,0 | 3,0 | 58,0 | 1,0 | 0,5 | - | 1,29 | 3800 |
| Naturgass | - | 1,0 | 2,0 | 2,0 | - | 90,0 | 5,0 | 0,76 | 35 000 |
| Oljegass | 6,8 | 1,0 | 59,2 | 2,7 | 0,1 | 25,4 | 4,8 | 0,45 | 20 000 |
| Propangass | - | - | - | - | - | - | 100,02 | 1,97 | 9400 |
| Steinkullgass fra | |||||||||
| gassverk | 8,6 | 1,5 | 52,5 | 3,5 | 0,3 | 31,4 | 2,2 | 0,54 | 19 000 |
| koksverk | 6,8 | 2,2 | 47,3 | 6,0 | 0,3 | 33,9 | 3,5 | 0,57 | 20 000 |
| Vanngass | 42,8 | 3,0 | 49,9 | 3,3 | 0,5 | 0,5 | - | 0,69 | 10 000 |
1Hydrokarboner, vesentlig alkaner (ekskl. CH4 ), alkener og aromater.
2Handelspropan inneholder ca. 3 % etan, C2H6, 95 % propan, C3H8 (inkl. små mengder propylen , C3H6 ) og 2 % butan, C4H10.