Aineen kolme yleistä faasia (tai olomuotoa) ovat kaasut, nesteet ja kiinteät aineet. Kaasuilla on näistä kolmesta pienin tiheys, ne ovat hyvin kokoonpuristuvia ja täyttävät täysin minkä tahansa astian, johon ne sijoitetaan. Kaasut käyttäytyvät näin, koska niiden molekyylien väliset voimat ovat suhteellisen heikkoja, joten niiden molekyylit liikkuvat jatkuvasti muista läsnä olevista molekyyleistä riippumatta. Kiinteät aineet sen sijaan ovat suhteellisen tiiviitä, jäykkiä ja kokoonpuristumattomia, koska niiden molekyylien väliset voimat ovat niin voimakkaita, että molekyylit ovat käytännössä lukkiutuneet paikoilleen. Nesteet ovat suhteellisen tiiviitä ja kokoonpuristumattomia, kuten kiinteätkin aineet, mutta ne virtaavat helposti ja mukautuvat säiliönsä muotoon, kuten kaasut. Voidaan siis päätellä, että nesteiden molekyylien välisten voimien summa on kaasujen ja kiinteiden aineiden voimien välillä. Kuvassa 10.1.1 verrataan näitä kolmea olomuotoa ja havainnollistetaan eroja molekyylitasolla.

Tämän aineen tila riippuu voimakkaasti olosuhteista. Esimerkiksi H2O esiintyy yleisesti kaikissa kolmessa tilassa: kiinteässä jäässä, nestemäisessä vedessä ja vesihöyryssä (sen kaasumaisessa muodossa). Useimmissa olosuhteissa kohtaamme veden elämälle välttämättömänä nesteenä; juomme sitä, valmistamme sillä ruokaa ja kylpemme siinä. Kun lämpötila on tarpeeksi kylmä nesteen muuttamiseksi jääksi, voimme hiihtää tai luistella sen päällä, pakata sen lumipalloksi tai lumikartioksi ja jopa rakentaa asumuksia sen avulla. VesihöyryKaasun ja höyryn välinen ero on hienovarainen: termi höyry viittaa sellaisen aineen kaasumaiseen muotoon, joka on normaaliolosuhteissa (25 °C, 1,0 atm) neste tai kiinteä. Typpi (N2) ja happi (O2) ovat siis kaasuja, mutta ilmakehässä olevaa kaasumaista vettä kutsutaan vesihöyryksi. on osa hengittämäämme ilmaa, ja sitä syntyy aina, kun lämmitämme vettä ruoan keittämiseksi tai kahvin tai teen valmistamiseksi. Yli 100 °C:n lämpötilassa olevaa vesihöyryä kutsutaan höyryksi. Höyryä käytetään suurten koneiden, kuten sähköä tuottavien turbiinien, käyttämiseen. Taulukossa 10.1.1

Taulukossa 10.1.1

on yhteenveto veden kolmen olomuodon ominaisuuksista. Atomien, ionien ja molekyylien geometrinen rakenne sekä fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet eivät yleensä riipu niiden olomuodosta; esimerkiksi jään, nestemäisen veden ja höyryn yksittäiset vesimolekyylit ovat kaikki samanlaisia. Sitä vastoin aineen makroskooppiset ominaisuudet riippuvat voimakkaasti sen fysikaalisesta tilasta, joka määräytyy molekyylien välisten voimien ja olosuhteiden, kuten lämpötilan ja paineen, mukaan.

Kuvassa 10.1.2 on esitetty niiden alkuaineiden sijainti jaksollisessa järjestelmässä, jotka esiintyvät yleisesti kaasumaisessa, nestemäisessä ja kiinteässä tilassa. Vetyä lukuun ottamatta luonnossa kaasuina esiintyvät alkuaineet ovat jaksollisen järjestelmän oikealla puolella. Näistä kaikki jalokaasut (ryhmä 18) ovat yksiatomisia kaasuja, kun taas muut kaasumaiset alkuaineet ovat kaksiatomisia molekyylejä (H2, N2, O2, F2 ja Cl2). Happi voi muodostaa myös toisen allotroopin, erittäin reaktiivisen kolmiatomisen molekyylin otsonin (O3), joka on myös kaasu. Bromi (muodossa Br2) ja elohopea (Hg) sen sijaan ovat normaaliolosuhteissa (25 °C ja 1,0 atm, jota kutsutaan yleisesti ”huoneenlämpötilaksi ja -paineeksi”) nesteitä. Gallium (Ga), joka sulaa vain 29,76 °C:ssa, voidaan muuttaa nesteeksi yksinkertaisesti pitämällä sitä sisältävää astiaa kädessä tai pitämällä sitä ilmastoimattomassa huoneessa kuumana kesäpäivänä. Muut alkuaineet ovat normaalioloissa kaikki kiinteitä aineita.

Monet tähän mennessä tapaamistamme alkuaineista ja yhdisteistä esiintyvät tyypillisesti kaasuina; joitakin yleisimpiä niistä on lueteltu taulukossa 10.1.2 . Kaasumaisiin aineisiin kuuluvat monet binääriset hydridit, kuten vetyhalogenidit (HX); kalkogeenien hydridit; ryhmän 15 alkuaineiden N, P ja As hydridit; ryhmän 14 alkuaineiden C, Si ja Ge hydridit; ja diboraani (B2H6). Lisäksi monet epämetallien yksinkertaiset kovalenttiset oksidit ovat kaasuja, kuten CO, CO2, NO, NO2, SO2, SO3 ja ClO2. Myös monet pienimolekyylimassaiset orgaaniset yhdisteet ovat kaasuja, mukaan lukien kaikki hiilivedyt, joissa on neljä tai vähemmän hiiliatomeja, ja yksinkertaiset molekyylit, kuten dimetyylieetteri , metyylikloridi (CH3Cl), formaldehydi (CH2O) ja asetaldehydi (CH3CHO). Kylmäaineet, kuten kloorifluorihiilivedyt (CFC-yhdisteet) ja osittain halogenoidut kloorifluorihiilivedyt (HCFC-yhdisteet), ovat kaasuja, jotka voidaan helposti nesteyttää puristamalla, ja nesteet voidaan puolestaan muuttaa kaasuiksi vähentämällä nesteiden painetta. Jääkaapin sisällä olevissa putkissa tapahtuva faasimuutos nesteestä kaasuksi jäähdyttää, kun taas jääkaapin ala- tai takaosassa olevissa keloissa tapahtuva puristus lämmittää tilaa. Ammoniakki ja SO2 ovat muita kokoonpuristuvia kaasuja, joita on käytetty kylmäaineina, mutta joita ei voida käyttää taloissa niiden myrkyllisyyden vuoksi. Ammoniakkia käytetään edelleen kylmäaineena suurissa kaupallisissa tiloissa sen tehokkuuden ja alhaisen hinnan vuoksi.

Kaikki aiemmin mainitut kaasumaiset aineet (muut kuin yksiatomiset jalokaasut) sisältävät kovalenttisia tai polaarisia kovalenttisia sidoksia ja ovat poolittomia tai polaarisia molekyylejä. Sitä vastoin ionisten yhdisteiden, kuten NaBr:n (kiehumispiste = 1390 °C) tai LiF:n (kiehumispiste = 1673 °C), voimakkaat sähköstaattiset vetovoimat estävät niitä olemasta kaasuina huoneenlämmössä ja -paineessa. Lisäksi minkä tahansa yhdisteryhmän kevyimmät jäsenet ovat todennäköisimmin kaasuja, ja polaaristen yhdisteiden kiehumispisteet ovat yleensä korkeammat kuin saman molekyylimassan omaavien poolittomien yhdisteiden kiehumispisteet. Näin ollen tietyssä yhdisteiden sarjassa kevyimmät ja vähiten pooliset jäsenet ovat todennäköisimmin kaasuja. Suhteellisen harvoja poikkeuksia lukuun ottamatta yhdisteet, joissa on enemmän kuin noin viisi atomia jaksosta 2 tai sen alapuolelta, ovat kuitenkin liian raskaita esiintyäkseen kaasuina normaaliolosuhteissa.

Vaikka kaasuilla on monenlaisia käyttötarkoituksia, erityisen synkän kaasumaisen aineen käytön uskotaan olleen persialaisten käyttämä roomalaisten Dura-kaupunkiin Itä-Syyriassa kolmannella vuosisadalla jKr. Persialaiset kaivoivat tunnelin kaupungin muurin alle päästäkseen kaupunkiin ja valloittaakseen sen. Arkeologiset todisteet viittaavat siihen, että kun roomalaiset vastasivat vastatunneleilla pysäyttääkseen piirityksen, persialaiset sytyttivät bitumia ja rikkikiteitä tuottaakseen tiheää, myrkyllistä kaasua. On todennäköistä, että palkeet tai savupiiput levittivät myrkylliset kaasut. Noin 20 roomalaisen sotilaan jäännökset löydettiin kaupungin muurin juurelta alle 2 metriä korkean ja 11 metriä pitkän tunnelin suulta. Koska on erittäin epätodennäköistä, että persialaiset olisivat voineet teurastaa niin monta roomalaista näin ahtaan tilan sisäänkäynnillä, arkeologit arvelevat, että muinaiset persialaiset käyttivät kemiallista sodankäyntiä valloittaakseen kaupungin menestyksekkäästi.