מולקולות הגז יכולות להיות בעלות מבנים מגוונים, המשפיעים על האנרגיה הפנימית של הגז. הגז יכול להיות למשל חד אטומי, כפי שנפוץ בגזים אצילים, דו-אטומי, למשל כלור, חמצן או חנקן, או בעל מבנה מורכב יותר, אשר עשוי לערב מבנה מרחבי, למשל מולקולת המים, שהיא תלת אטומית כפופה. למבנה מולקולת הגז יש השפעה על דרגות החופש שלה, כלומר על יכולת התנועה של האטומים במולקולה זה ביחס לזה. לגז חד אטומי אין דרגות חופש נוספות כלל, פרט למיקומה ומהירותה של המולקולה. בגז דו-אטומי, יכולים האטומים להתקרב ולהתרחק זה מזה, בדומה לקפיץ. זו דרגת חופש אחת. המיקום המרחבי של הקו המחבר את האטומים אינו משנה, מכיוון שאין למה להשוותו.
עבור גזים בעלי מספר רב יותר של אטומים, דרגות החופש סבוכות יותר. פרט למרחקים בין המולקולות, משנות גם הזוויות שבין הקווים המחברים את האטומים.
חלקיקי הגז נמצאים בתנועה מתמדת וביניהם הרבה ריק יחסית לנוזל ולמוצק בגלל תנועת חלקיקיו הגז נוטה להתפשט בחלל הנתון לו.
כמות הגז נמדדת במול מולקולות.
מקור השם.
את המונח "גז" טבע הרופא והכימאי הפלמי, יאן בפטיסט ואן הלמונט במאה ה-17. הוא הסביר, בספר שהופיע ב-1648, לאחר מותו, שיצר מילה חדשה לאדי המים הנוצרים עקב קור האוויר, והתבסס על המילה היוונית כאוס (χάος), במובן רִיק (מצב העולם לפני הבריאה). ההגייה ההולנדית של שתי המילים דומה, כפי ששני המונחים דומים במהותם, טען ואן הלמונט.
כך עברה המלה GAS לשפות אירופה האחרות.
מוצק
מוצק הוא אחד ממצבי הצבירה של החומר.
זהו מצב הצבירה הצפוף והקשה ביותר בו המולקולות של החומר קרובות האחת לשנייה יותר מאשר בשני מצבי הצבירה האחרים. אף על פי שאין היפרדות בין החלקיקים, מתרחשות תנודות של כל אטום, שבהן הוא רועד ומתנגש בשאר האטומים שלידו. לחומרים במצב מוצק יש צורה מוגדרת (להבדיל מנוזל ומגז שלהם אין צורה מוגדרת - הם מקבלים את צורת הכלי שבו הם נמצאים) ונפח שאינו תלוי בצורת הכלי (בדומה לנוזל, אך להבדיל מגז).
כדי להפוך מים למצב מוצק (קרח), צריך להגיע לנקודת הקיפאון (0°) בלחץ של אטמוספירה אחת. (בדומה להפיכת המים למצב גז שמתחיל בנקודת הרתיחה 100°).
יש מוצקים הזקוקים לחום קיצוני כדי לעבור למצב נוזלי (למשל:ברזל), יש מוצקים שמספיק בחום אש רגילה כדי להפוך אותם לנוזלים (למשל:שעווה), ויש מוצקים שכבר בטמפרטורה של כ־80°- יהפכו לגז (קרח יבש).
מבנה.
רוב החומרים במצב מוצק הם גבישיים, כלומר האטומים בהם מסודרים. מרבית החומרים הגבישיים הם רב-גביש, כלומר מורכבים ממספר רב של גבישים קטנים, בגדלים וכוונים שונים. לעומתם גבישים יחידים נמצאים בטבע (אבני חן מסוימות) וגם מגודלים בתעשייה לצרכים שונים, כמו גבישי צורן (סיליקון) למעבדי מחשבים.
קיימים גם מוצקים אמורפיים (לא מסודרים, למשל זכוכית). לחומרים אמורפיים אין נקודת התכה, כלומר אין להם טמפרטורה מדויקת שבה הם הופכים לנוזל, אלא טווח טמפרטורות שבו משתנות התכונות של החומר עד לנוזל מובהק.
נוזל
נוזל הוא מצב צבירה בו נפח החומר נקבע על-פי תנאי הטמפרטורה והלחץ בהם הנוזל שרוי, ואשר צורתו בצדדיו נקבעת לרוב לפי צורת הכלי בו הוא נתון.
מים, בנזין וחלב הם דוגמאות לנוזלים מוכרים מחיי היומיום של בני האדם.
אם נוזל נמצא במנוחה בשדה אחיד של כוח המשיכה, הלחץ ההידרוסטטי formula_1 בכל נקודה לאורך ציר הגובה של הנוזל נקבע לפי חוק פסקל:
כאשר formula_3 היא צפיפות הנוזל או המסה הסגולית שלו, כלומר המסה ליחידת נפח (בהנחה כי היא קבועה), formula_4 הוא עומק הנקודה תחת פני הנוזל ו-formula_5 היא תאוצת הכובד באותו מקום. ביטוי זה נותן את הלחץ ההידרוסטטי בלבד, בכל נקודה בתוך הנוזל. יש להתחשב בלחץ האוויר השורר באותו מקום כדי לקבל את הלחץ הכולל (למשל, בגובה פני הים לחץ האוויר הוא אטמוספירה אחת).
לנוזלים יש מתח פנים, (מושג המתאר את התנהגות פני השטח של נוזלים כיריעה אלסטית ומושפע מכוח המשיכה ההדדי בין מולקולות החומר שעל פני הנוזל), ונימיות. לרוב הם מתפשטים כאשר הם מחוממים, ומתכווצים בקירור. החריג הבולט והחשוב ביותר בטבע מבחינה זו הוא המים. בגובה פני הים המים מתכווצים תוך כדי ירידת הטמפרטורה שלהם עד ל-40C ואז מתפשטים (הנפח שלהם ליחידת מסה גדל) עד ל-00C ומכאן חוזרים ומתפשטים בתור מוצק (האנומליה של המים). עצמים הטבולים בנוזל נתונים להשפעה של כושר ציפה (buoyancy).
נוזלים הופכים לגז בנקודת הרתיחה האופיינית להם, התלויה בלחץ האוויר, ובנקודת הקיפאון הופכים למוצק. לדוגמה, נקודת הרתיחה במקומות גבוהים יורדת, משום שבמקומות אלה לחץ האוויר נמוך יותר. מאותה סיבה, בסיר לחץ בו מתבצע הבישול על פי רוב בלחץ של 4 אטמוספירות, טמפרטורת הרתיחה עולה, מה שמקצר את זמן הבישול.
בתהליך זיקוק נוזלים יכולים להיפרד אחד מן השני, מאחר שהם מתאדים כל אחד לפי נקודת ההרתחה שלו. קוהזיה בין מולקולות של נוזל אינה מספקת כדי למנוע מפני השטח הגלויים מלהתאדות.
מחקר התכונות של נוזלים היה רווח במאות ה-17 וה-18, בייחוד באיטליה ובצרפת. במדינות אלה התפתחו ענפי ההידרוסטטיקה וההידרודינמיקה המתארים את משוואות המצב של נוזל ואת תנועתו. ידועה במיוחד תרומתם של משפחת ברנולי לפיתוח תורת הנוזלים. למחקר זה היו גם השלכות מעשיות חשובות מאוד: הבוכנה ההידראולית, שכיום רוב המכונות הגדולות והציוד המכני ההנדסי משתמשים בהן מבוססות על עקרון שימור הלחץ בנוזל ניוטוני (נוזל אי-דחיס וחסר צמיגות). הבוכנה ההידראולית היא אחד הכלים היעילים ביותר הקיימים להפקת כוח גדול באמצעות הפעלת כוח קטן (יתרון מכני).
כאשר החלו מחקרים תרמודינמיים על הגז התגלה הקשר שבין שני מצבי הצבירה והחלה להתפתח תורה אטומיסטית המסבירה את תכונות הגז ונוזל באמצעות ההנחה שהם מורכבים ממולקולות.
סופת רעמים
סופת רעמים (גם סופת ברקים או סופת רעמים וברקים) היא מזג אוויר סוער המאופיינת בברקים ורעמים הנלווים להם, הנוצרים בענני קומולונימבוס. סופות רעמים בדרך כלל מלוות בגשם כבד ויכולות גם להיות מלוות ברוח, ברד וטורנדו חזקים. בחודשי החורף, ירידת שלג יכולה להתרחש בעת סופת רעמים. סופת רעמים מתרחשת רק כאשר האוויר אינו יציב.
עננים
ענן
ענן (נקרא גם עב, נָשִׂיא) הוא ריכוז טיפות מים או גבישי קרח מיקרוסקופיים, אשר התהוו כתוצאה מתהליך התעבותם של אדי מים הנמצאים במצב רוויתי בנוכחות גרעיני התעבות.
היווצרות.
השמש מחממת את האוקיינוסים וריכוזי מים אחרים ובכך גורמת להתאדות של מים וליצירת לחות. אדים אלו מטפסים גבוה באטמוספירה. הקור באטמוספירה בהיעדר גרעיני התעבות אינו מספיק לגרום להתעבותם של האדים. גרגרי אבק וחלקיקים אחרים באטמוספירה בטמפרטורה נמוכה באים במגע עם האדים וגורמים להתעבותם וליצירת טיפות מים וחלקיקי קרח מיקרוסקופיים אשר הם העננים.
תהליך זה לבדו אינו גורם להיווצרות עננים מורידי גשם אשר רק בתוספת אילוץ מכני שיגרום לעלייה מאסיבית של אוויר כלפי מעלה, יכולים להיווצר. עלייה כזאת יכולה לקרות עקב מערכת מזג אוויר שנקראת שקע ברומטרי, אשר מופיעה מעל הים התיכון בחודשי החורף (הסיבה לירידת גשם בחורף). כדי שטיפונות הענן יגיעו לגודל מספיק גדול על מנת שהן יהיו מספיק כבדות כדי לרדת כגשם, מתרחש תהליך של התנגשויות, טיפונות הענן מתנגשות זו בזו ובחלקיקי קרח אחרים וכך הן מתלכדות וגדלות. יעילות ההתנגשות תלויה ביחס גודלי הטיפות, בריכוז הטיפות ובטרבולנציה השוררת בענן.
מרכז הענן מאופיין בדרך כלל בזרמים אנכיים עולים ואילו צידי הענן מאופיינים בדרך כלל בזרמים אנכיים יורדים. כאשר טיפה עולה במעלה הענן היא יכולה לקפוא בדרך ולהפוך לגראופל או ברד. וכאשר החלקיקים הקפואים ירדו, יכולה להתרחש המסה והם יהפכו לטיפת מים.
סיום חיי הענן יתרחש כאשר כל הטיפות וחלקיקי הקרח ירדו בצורת גשם ו/או התאדו בגלל שהענן יגיע לאזור עם לחות נמוכה.
היווצרות ענן על ידי הרים.
ענן כמעט ולא יכול להיווצר על ידי אוויר קר בלבד, אלא נדרש גורם מעבה אחר. הר יכול להוות גורם כזה בתהליך המכונה עננות אורוגרפית, ולכן פעמים רבות רואים עננים מעל ההרים. אוויר לח המצוי באוויר מתחיל לטפס כלפי מעלה, כאשר יש הר באזור, האוויר הלח והחם בא במגע עם ההר הקר וגורם להתעבות הלחות וליצירת ענן.
פאזת הקרח.
בגובה פני הקרקע, מים קופאים בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס. עם זאת, עננים גבוהים יכולים להכיל מים לא קפואים אף בטמפרטורה של מינוס 38 מעלות. תופעה זו מתרחשת מכמה סיבות: הראשונה היא שבגובה רב, הלחץ באוויר נמוך יותר ודרושה טמפרטורה נמוכה יותר כדי לגרום למים לקפוא. בנוסף, התכונות הפיזיקליות של מסות מים קטנות, שונות מאשר תכונות של מסות מים גדולות בגלל המתח פנים. כאשר הטמפרטורה יורדת מתחת לבערך מינוס 10 באזור הגבוה של עננים ערימתיים טיפות המים מתחילות לקפוא. על מנת שטיפות מים תקפאנה הן זקוקות לגרעין קיפאון כשם שאדי מים צריכים גרעיני התעבות בשביל להפוך לטיפות מים. גרעיני הקיפאון מזרזים את התהליך אצל טיפות המים ומגבשים אותן לקרח. הקרח דומה בגודלו לטיפות המים, הזעירות אך שונות בגודלן. בהימצאות גרעיני קרח בענן, בטווח טמפרטורות מסוים, יש להיווצרות גבישי קרח יתרון על יצירת טיפות מים בחינת מהירות הגידול, עקב ההבדל בלחץ האדים הדרוש להחזקת גביש קרח לעומת טיפת מים, מצב זה מתואר על ידי תהליך ברגרון.
מטען חשמלי.