Cząstki w ciele stałym są ciasno upakowane razem (stały kształt) i często ułożone w regularny wzór; w cieczy są blisko siebie bez regularnego układu (bez ustalonego kształtu); w gazie są daleko od siebie bez regularnego układu (bez ustalonego kształtu). Cząstki w ciele stałym wibrują wokół ustalonych pozycji (nie mogą płynąć) i na ogół nie poruszają się względem siebie; W cieczy przechodzą obok siebie (mogą płynąć), ale pozostają w zasadniczo stałym kontakcie; W gazie poruszają się niezależnie od siebie (mogą płynąć i rozszerzać się), z wyjątkiem sytuacji, gdy się zderzają.
Różnice we właściwościach ciała stałego, cieczy lub gazu odzwierciedlają siłę sił przyciągania między atomami, cząsteczkami lub jonami, które tworzą każdą fazę. Faza, w której istnieje substancja, zależy od względnego zakresu jej sił międzycząsteczkowych (IMF) – elektrostatycznych sił przyciągania istniejących między atomami i cząsteczkami substancji – oraz energii kinetycznej (KE) jej cząsteczek. Podczas gdy IMF służą do utrzymywania cząstek blisko siebie, KE cząstek zapewnia energię potrzebną do pokonania przyciągania, a tym samym zwiększenia odległości między cząstkami. Na przykład w cieczy przyciągające siły międzycząsteczkowe utrzymują cząsteczki w kontakcie, chociaż nadal mają wystarczająco dużo KE, aby przejść obok siebie. Dzięki temu płyny płyną i przybierają kształt swojego pojemnika.
Zgodnie z teorią kinezyczno-molekularną (KMT) temperatura substancji jest proporcjonalna do średniej KE jej cząstek. Zmiana średniej energii kinetycznej (temperatury) indukuje zmiany stanu fizycznego wraz z towarzyszącymi zmianami sił międzycząsteczkowych. Na przykład, gdy woda gazowa jest wystarczająco schłodzona lub średnia energia kinetyczna cząsteczek jest zmniejszona, zwiększone przyciąganie między cząsteczkami H2O będzie w stanie utrzymać je razem, gdy wejdą ze sobą w kontakt; gaz skrapla się, tworząc ciecz H2O. Gdy ciecz H2O jest dalej schładzana, siły przyciągania stają się silniejsze, a woda zamarza, tworząc stały lód.
W przypadkach, gdy temperatury nie są zbyt wysokie, gazy mogą być skraplany przez sprężanie (wysokie ciśnienie). Gazy wykazują bardzo słabe siły przyciągania, dzięki czemu cząstki są rozpraszane na duże odległości. Zwiększone ciśnienie zbliża cząsteczki gazu do siebie, tak że przyciąganie między cząsteczkami staje się silne w stosunku do ich KE. W konsekwencji tworzą ciecze. Butan, C4H10, jest paliwem stosowanym w jednorazowych zapalniczkach i jest gazem o standardowej temperaturze i ciśnieniu. Wewnątrz komory paliwowej zapalniczki butan jest sprężany do ciśnienia, które powoduje jego kondensację do stanu ciekłego. Co więcej, jeśli temperatura cieczy staje się wystarczająco niska lub ciśnienie w cieczy staje się wystarczająco wysokie, cząsteczki cieczy nie mają już wystarczającej ilości KE, aby pokonać IMF między nimi a formami stałymi.
Ten tekst jest adaptacją <a href=”https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/10-introduction”>Openstax, Chemia 2e, Rozdział 10: Ciecze i ciała stałe.
