Tři běžné fáze (nebo stavy) hmoty jsou plyny, kapaliny a pevné látky. Plyny mají ze všech tří nejnižší hustotu, jsou vysoce stlačitelné a zcela vyplní jakoukoli nádobu, do které jsou umístěny. Plyny se takto chovají, protože jejich mezimolekulární síly jsou relativně slabé, takže se jejich molekuly neustále pohybují nezávisle na ostatních přítomných molekulách. Naproti tomu pevné látky jsou relativně husté, tuhé a nestlačitelné, protože jejich mezimolekulární síly jsou tak silné, že molekuly jsou v podstatě uzamčeny na svém místě. Kapaliny jsou stejně jako pevné látky relativně husté a nestlačitelné, ale podobně jako plyny snadno tečou a přizpůsobují se tvaru svých nádob. Můžeme tedy konstatovat, že součet mezimolekulárních sil v kapalinách je mezi silami plynů a pevných látek. Obrázek 10.1.1 porovnává tyto tři stavy látek a znázorňuje rozdíly na molekulární úrovni.

Stav dané látky silně závisí na podmínkách. Například H2O se běžně vyskytuje ve všech třech stavech: pevný led, kapalná voda a vodní pára (její plynná forma). Za většiny podmínek se s vodou setkáváme jako s kapalinou, která je nezbytná pro život; pijeme ji, vaříme v ní a koupeme se v ní. Když je teplota dostatečně nízká na to, aby se kapalina změnila v led, můžeme na ní lyžovat nebo bruslit, balit ji do sněhových koulí nebo kornoutů, a dokonce z ní stavět obydlí. Vodní páraRozdíl mezi plynem a párou je jemný: pojem pára označuje plynnou formu látky, která je za normálních podmínek (25 °C, 1,0 atm) kapalinou nebo pevnou látkou. Dusík (N2) a kyslík (O2) se tedy označují jako plyny, ale plynná voda v atmosféře se nazývá vodní pára. je součástí vzduchu, který dýcháme, a vzniká vždy, když ohříváme vodu na vaření jídla nebo na přípravu kávy či čaje. Vodní pára při teplotě vyšší než 100 °C se nazývá pára. Pára se používá k pohonu velkých strojů, včetně turbín, které vyrábějí elektřinu. Vlastnosti tří stavů vody jsou shrnuty v tabulce 10.1.1

Geometrická struktura a fyzikální a chemické vlastnosti atomů, iontů a molekul obvykle nezávisí na jejich fyzikálním stavu; jednotlivé molekuly vody například v ledu, kapalné vodě a páře jsou totožné. Naproti tomu makroskopické vlastnosti látky silně závisí na jejím fyzikálním stavu, který je určen mezimolekulárními silami a podmínkami, jako je teplota a tlak.

Obrázek 10.1.2 ukazuje umístění prvků, které se běžně vyskytují v plynném, kapalném a pevném stavu, v periodické tabulce. S výjimkou vodíku jsou prvky, které se v přírodě vyskytují jako plyny, na pravé straně periodické tabulky. Z nich všechny vzácné plyny (skupina 18) jsou jednoatomové plyny, zatímco ostatní plynné prvky jsou dvouatomové molekuly (H2, N2, O2, F2 a Cl2). Kyslík může tvořit i druhý alotrop, vysoce reaktivní tříatomovou molekulu ozonu (O3), která je rovněž plynem. Naproti tomu brom (jako Br2) a rtuť (Hg) jsou za normálních podmínek (25 °C a 1,0 atm, běžně označovaných jako „pokojová teplota a tlak“) kapaliny. Gallium (Ga), které taje při teplotě pouhých 29,76 °C, lze přeměnit na kapalinu pouhým podržením nádoby s ním v ruce nebo jeho uchováváním v neklimatizované místnosti v horkém letním dni. Všechny ostatní prvky jsou za normálních podmínek pevné látky.

Mnoho prvků a sloučenin, se kterými jsme se dosud setkali, se obvykle vyskytuje jako plyny; některé z těch nejběžnějších jsou uvedeny v tabulce 10.1.2 . Mezi plynné látky patří mnoho binárních hydridů, například halogenidy vodíku (HX); hydridy chalkogenů; hydridy prvků 15. skupiny N, P a As; hydridy prvků 14. skupiny C, Si a Ge; a diboran (B2H6). Kromě toho je mnoho jednoduchých kovalentních oxidů nekovů plynných, například CO, CO2, NO, NO2, SO2, SO3 a ClO2. Plyny jsou i mnohé organické sloučeniny s nízkou molekulovou hmotností, včetně všech uhlovodíků se čtyřmi nebo méně atomy uhlíku a jednoduchých molekul, jako je dimethylether , methylchlorid (CH3Cl), formaldehyd (CH2O) a acetaldehyd (CH3CHO). A konečně chladiva, jako jsou chlorfluoruhlovodíky (CFC) a hydrochlorfluoruhlovodíky (HCFC), jsou plyny, které lze snadno zkapalnit stlačením a naopak kapaliny lze přeměnit na plyny snížením tlaku na kapaliny. Fázová změna z kapaliny na plyn v trubkách uvnitř chladničky ochlazuje, zatímco komprese v cívkách ve spodní nebo zadní části chladničky ohřívá místnost. Čpavek a SO2 jsou další stlačitelné plyny, které se používaly jako chladiva, ale v domácnostech je nelze používat kvůli jejich jedovatosti. Čpavek se stále používá jako chladivo ve velkých komerčních zařízeních kvůli své účinnosti a nízké ceně.

Všechny dříve uvedené plynné látky (kromě jednoatomových vzácných plynů) obsahují kovalentní nebo polární kovalentní vazby a jsou nepolární nebo polární molekuly. Naproti tomu silné elektrostatické přitažlivosti v iontových sloučeninách, jako je NaBr (bod varu = 1390 °C) nebo LiF (bod varu = 1673 °C), jim brání existovat jako plyny při pokojové teplotě a tlaku. Kromě toho nejlehčí členové dané skupiny sloučenin jsou s největší pravděpodobností plyny a teploty varu polárních sloučenin jsou obecně vyšší než teploty varu nepolárních sloučenin s podobnou molekulovou hmotností. Proto jsou v dané řadě sloučenin nejlehčí a nejméně polární členy s největší pravděpodobností plyny. Až na poměrně málo výjimek jsou však sloučeniny s více než přibližně pěti atomy z periody 2 nebo nižší příliš těžké na to, aby za normálních podmínek existovaly jako plyny.

Plyny mají širokou škálu použití, ale předpokládá se, že obzvláště chmurné použití plynné látky použili Peršané na římské město Dura ve východní Sýrii ve třetím století našeho letopočtu. Peršané vykopali tunel pod městskými hradbami, aby se dostali do města a dobyli ho. Archeologické nálezy naznačují, že když Římané odpověděli protitankovým tunelem, aby obléhání zastavili, Peršané zapálili krystaly bitumenu a síry a vytvořili hustý jedovatý plyn. Je pravděpodobné, že jedovaté výpary rozváděly měchy nebo komíny. Pozůstatky asi 20 římských vojáků byly objeveny u paty městské hradby u vchodu do tunelu, který byl necelé 2 m vysoký a 11 m dlouhý. Protože je velmi nepravděpodobné, že by Peršané mohli povraždit tolik Římanů u vchodu do tak stísněného prostoru, archeologové spekulují, že starověcí Peršané použili k úspěšnému dobytí města chemickou válku.

.