Газ превращается в жидкость, когда энергия взаимного притяжения моле­кул превышает их кинетическую энергию (энергию движения). Так как силы межмолекулярного притя­жения становятся значимыми только при малых расстояниях между моле­кулами, сжижению, или конденсации (от лат. condensatio — «сгущение», «уплотнение»), способствует повышение давления. Кроме того, к сжиже­нию ведёт понижение температуры, поскольку кинетическая энергия мо­лекул при этом уменьшается.

Итак, если температуру не сни­жать, то для конденсации газа необ­ходимо значительное повышение давления. Чем выше температура, тем большее давление надо приложить. В конце концов можно достичь такой температуры, при которой газ невоз­можно перевести в жидкое состояние ни под каким давлением. Самая высо­кая температура, при которой газ ещё удаётся превратить в жидкость повышением давления, называется его критической температурой. Соответственно, давление, необхо­димое для сжижения газа при крити­ческой температуре, называется кри­тическим давлением. Критические температура и давление вещества за­висят от сил межмолекулярного при­тяжения, поэтому они индивидуаль­ны для каждого вещества и являются его характеристическими постоян­ными.

При температурах выше критиче­ской вещество находится в особом со­стоянии. Оно полностью занимает объём сосуда, что свойственно газам. Однако плотность его может быть значительно выше, чем у газов. По­этому для данной фазы обычно ис­пользуют название сверхкритический флюид (от лат. fluidus — «текучий»).

Газы не имеют собственной формы и объёма и, как правило, смешиваются друг с другом в любых соотношениях (если, конечно, между ними не идёт химическая реакция). Эти свойства га­зов обусловлены тем, что молекулы в них находятся далеко друг от друга. Доля свободного объёма, т. е. про­странства, не занятого самими моле­кулами, в газах при нормальных усло­виях (атмосферном давлении и температуре 0 °С) составляет более 99%. В этом объёме молекулы газов хаотически движутся с большой ско­ростью, постоянно сталкиваясь друг с другом. Собственно, само слово «газ» происходит от греческого «хаос»; этот термин ввёл в XVII в. нидерландский естествоиспытатель Ян Баптист ван Гельмонт (1579—1644).

При небольших давлениях меж­молекулярными взаимодействиями в газах можно пренебречь, т. с. разные газы ведут себя практически одина­ково (если говорить о физических, а не химических свойствах). Такое со­стояние газа называется идеальным и описывается уравнением, связываю­щим его давление р, объём V, число молей n и температуру Т: pV = nRT, где R — универсальная газовая по­стоянная (R = 8,31 Дж/(моль•К)=0,082 (л•атм)/(моль • К)).

Изменение энергии орбиталей  в зависимости от порядкового номера элемента.

Почему же удивительно стройная атомистическая гипотеза древних долго не получала признания? Учение Демокрита и других атомистов натолкнулось на ожесточённое сопротивление Аристотеля. Он показал, что неизбежное для учения об атомах понятие пустоты несёт в себе логическое противо­речие: ведь пустота — это «ничто», а как может быть то, чего не сущест­вует? Следовательно, пустоты в мире нет, это — абстракция, лишённая смыс­ла. «Natura abhorret vacuum» — «природа не терпит пустоты» {лат.). Данный постулат в течение многих столетий был основой так называемой аристо­телевой физики. Из-за огромного авторитета Аристотеля атомная гипоте­за строения материи два тысячелетия оставалась на задворках науки...

Вероятно, древнегреческие мыслители первыми высказали предположение о том, что материальный мир един, а потому познаваем. Фалес (около 625 — около 547 до н. э.), наблюдая за различными пре­вращениями веществ, пришёл к выводу, что все они являются разновидностями од­ного «первичного элемента» — начала всех веществ. Таким элементом Фалес счи­тал воду. Анаксимен (VI в. до н. э.) назы­вал первичным элементом воздух, Герак­лит (VI—V вв. до н. э.) — огонь. Аристотель (384-^322 до н. э.) развивал учение о че­тырёх первоначалах — огне, воздухе, воде и земле. Элементы он считал не материаль­ными субстанциями, подобными обычной воде или земле, а лишь носителями опре­делённых качеств, которыми наделены все тела. Эти качества — теплота, холод, сухость и влажность.

Иначе подошли к учению о строении материи Левкипп (V в. до н. э.) и его уче­ник Демокрит. Их занимал вопрос о её де­лимости на всё более мелкие частицы — конечен ли этот процесс или бесконечен? Если деление можно продолжать как угод­но долго, значит, материя непрерывна, и её структура принципиально не меняется при любом «увеличении». Если же деление нельзя продолжать бесконечно, рано или поздно мы дойдём до мельчайшей частич­ки, которую Демокрит назвал атомом, что в переводе и означает «неделимый». Тут предполагалась дискретность (от лат. discretus — «прерывистый») материи: между мельчайшими её частичками — пустота.

Многочисленные эксперименты, про­ведённые физиками в начале XX в.. показали, что атомы состоят из ядер, вокруг которых движутся электро­ны — в этом отношении атомы напо­минают Солнечную систему. Недаром модель атома, предложенную в 1911 г. английским физиком Эрнестом Резерфордом (1871 — 1937), назвали планетарной. Действительно, в Сол­нечной системе почти вся масса (99,87 %) сосредоточена в централь­ном светиле, а на планеты приходят­ся лишь сотые доли процента. Оказы­вается, в атомах тоже практически вся масса сосредоточена в ядре (в част­ности, в атоме водорода — 99,95 %).

Но если сравнивать не массы, а размеры, то окажется, что атом на­много более «пустой», чем Солнечная система. Её диаметр примерно в 4 тыс. раз больше диаметра Солнца. Разме­ры же атомов (порядка 10^-10 м) при­близительно в 100 тыс. раз превыша­ют размеры ядра (порядка 10^-15 м для лёгких ядер)! Если увеличить ядро до 1 мм (булавочная головка), то сам атом вырастет до 100 000 мм = 100 м (размер футбольного поля). Ещё рази­тельнее сопоставление объёмов ядра и атома — получается разница в 15 порядков. Это означает, например, что практически вся масса огромно­го свинцового куба с ребром 100 м (она равна 11 млн. тонн) сосредоточе­на в ядрах атома свинца, суммарный объём которых меньше спичечной го­ловки! Трудно даже представить себе, насколько высока плотность ядерно­го вещества.

Современные понятия элемента, ато­ма и простого вещества, молекулы как совокупности связанных между собой атомов сформировались сравнитель­но недавно. Но атомистическая тео­рия строения материи — учение о том, что все вещества состоят из мельчайших частиц, — прошла дол­гий и трудный путь.

Догадки древних, основанные лишь на размышлениях, в принципе, не так уж далеки от нынешних пред­ставлений: существуют определённые типы атомов (элементы), которые могут по-разному соединяться друг с другом, давая огромное разнообразие веществ с несхожими свойствами. Та­кое учение было величайшим дости­жением человеческого разума. Очень образно об этом сказал американский физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказа­лись бы уничтоженными и к гряду­щим поколениям живых существ пе­решла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наи­меньшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я счи­таю, что это — атомная гипотеза (можно называть её не гипотезой, а фактом, но это ничего не меняет): все тела состоят из атомов — маленьких телец, которые находятся в беспре­рывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкива­ются, если одно из них плотнее при­жать к другому. В одной этой фразе... содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь при­ложить к ней немного воображения и чуть соображения».