Materialien haben eine feste, flüssige und gasförmige Form. Jede dieser Formen wird als Phase der Materie bezeichnet. In jeder seiner Phasen verhalten sich die Teilchen eines Stoffes sehr unterschiedlich. Ein Stoff kann durch einen sogenannten Phasenübergang von einer Phase in eine andere übergehen. Diese Phasenübergänge sind hauptsächlich das Ergebnis von Temperaturänderungen.
Solide
Wenn sich ein Material in seiner festen Phase befindet, sind Moleküle fest miteinander verbunden. Form und Volumen eines Festkörpers sind normalerweise festgelegt. Die Kräfte, die Teilchen zueinander anziehen, sind in Festkörpern besonders stark und halten sie an bestimmten Positionen eng beieinander. Dies hilft zu verhindern, dass ein Festkörper auseinanderbricht oder komprimiert wird. Die Dichte von Feststoffen nimmt bei niedrigeren Temperaturen zu. Je kälter die Temperatur, desto schwächer sind die Schwingungen der Partikel, wodurch sie noch enger zusammengepackt werden. Festkörper können als kristallin klassifiziert werden, mit Partikeln, die eng in geometrischen Mustern angeordnet sind, oder sie können als amorphe Festkörper klassifiziert werden. Die Kristalle in amorphen Feststoffen wie Ton sind lockerer und zufälliger angeordnet, wodurch die Form des Materials verändert werden kann.
Flüssigkeit
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In seiner flüssigen Phase haben die Partikel, aus denen ein Stoff besteht, mehr Bewegungsfreiheit. Diese Bewegung wird dadurch erreicht, dass die Partikel Wärmeenergie gewinnen. Die Form einer Flüssigkeit wird durch die Form ihres Behälters bestimmt. Obwohl die Partikel in einer Flüssigkeit nicht so fest miteinander verbunden sind wie in einem Feststoff, können flüssige Stoffe nicht komprimiert werden. Flüssige Teilchen sind energiereicher als feste Teilchen und können sich bewegen, aber nur innerhalb eines bestimmten Abstands von anderen Teilchen. Es gibt immer noch eine Anziehungskraft, die sie locker zusammenhält. Da Partikel in einer Flüssigkeit weiter auseinander liegen, ist das Volumen eines Stoffes in seiner flüssigen Phase größer als sein Volumen in einer festen Phase.
Gas
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Form und Volumen eines Gases werden durch Form und Volumen seines Behälters bestimmt. Im Gegensatz zu einem Feststoff entweicht jedoch ein Gas, wenn der Behälter keinen Deckel hat. Die Teilchen in einem Gas haben viel Bewegungsfreiheit und keine geordnete Anordnung. Dies liegt daran, dass die Kräfte, die diese Partikel zueinander anziehen, in der Gasphase schwach sind oder fehlen. Gaspartikel haben eine große kinetische Energie, die ständig zwischen den Partikeln weitergegeben wird, wenn sie sich bewegen und aneinander stoßen.
Überleitung
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Phasenübergänge finden aufgrund von Temperaturänderungen statt, werden aber auch durch den Atmosphärendruck beeinflusst. Ein Festkörper wird flüssig, wenn er auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird, wobei die Wärme den Partikeln genügend Energie gibt, um ihre Struktur zu lockern und flüssig zu werden. Beim Siedepunkt gibt Wärme den Partikeln in einer Flüssigkeit genügend Energie, damit die Partikel auf der Oberfläche einer Flüssigkeit aus der Struktur entweichen und verdampfen und sich als Gas in die Luft bewegen. Niedriger atmosphärischer Druck lässt Flüssigkeiten bei einer niedrigeren Temperatur sieden. Damit Gas flüssig wird, muss es genug abkühlen, damit die Partikel Energie verlieren und kondensieren; Bildung von Bindungen fest genug, um eine flüssige Form zu halten. Damit eine Flüssigkeit fest wird, muss sie erstarren, damit die Teilchen sehr wenig Energie haben und durch sehr enge Bindungen zusammengezogen werden.