Materie kann in festem, flüssigem oder gasförmigem Zustand vorliegen, und der Zustand einer Substanz kann weitgehend durch ihre Temperatur bestimmt werden. Wenn eine bestimmte Temperaturschwelle überschritten wird, die für jede Substanz im Universum einzigartig ist, kommt es zu einer Phasenänderung, die den Zustand der Materie ändert. Bei konstantem Druck ist die Temperatur die wichtigste Determinante für die Phase eines Stoffes. Der Temperaturunterschied und die Phasen der verschiedenen Stoffarten ermöglichen den Betrieb von Wärmekraftmaschinen und Kühlschränken.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Temperatur hat einen direkten Einfluss darauf, ob ein Stoff fest, flüssig oder gasförmig vorliegt. Im Allgemeinen verwandelt eine Temperaturerhöhung Feststoffe in Flüssigkeiten und Flüssigkeiten in Gase; Durch seine Reduktion werden Gase zu Flüssigkeiten und Flüssigkeiten zu Feststoffen.
Aggregatzustände
Bei niedrigen Temperaturen nimmt die Molekularbewegung ab und Stoffe haben weniger innere Energie. Atome werden sich relativ zueinander in niederenergetische Zustände niederlassen und sich nur sehr wenig bewegen, was für feste Materie charakteristisch ist. Mit steigenden Temperaturen wird den Bestandteilen eines Festkörpers zusätzliche Wärmeenergie zugeführt, die eine zusätzliche molekulare Bewegung verursacht. Moleküle beginnen sich gegeneinander zu drücken und das Gesamtvolumen einer Substanz nimmt zu. An diesem Punkt ist die Materie in den flüssigen Zustand übergegangen. Ein gasförmiger Zustand liegt vor, wenn Moleküle aufgrund erhöhter Temperaturen so viel Wärmeenergie aufgenommen haben, dass sie sich mit hoher Geschwindigkeit frei umeinander bewegen können.
Phasenwechsel zwischen Aggregatzuständen
Der Punkt, an dem Materie, die einer bestimmten Temperatur unter Bedingungen konstanten Drucks ausgesetzt ist, beginnt, ihre Phase zu ändern, wird als Phasenänderungsschwelle bezeichnet. Bei dieser Temperatur ändert jedes der Hitze ausgesetzte Stückchen des Stoffes seinen Zustand. Beim Schmelzpunkt erfolgt ein Übergang von fest zu flüssig und beim Siedepunkt der Übergang von flüssig zu gasförmig. Umgekehrt ist der Moment des Übergangs von gasförmig zu flüssig der Kondensationspunkt und der Übergang von einer Flüssigkeit zu einem Feststoff findet beim Gefrierpunkt statt.
Plötzliche Temperaturänderungen und Phasenzustände
Ein Stoff kann einen Phasenwechsel von einem Feststoff zu einem Gas oder von einem Gas zu einem Feststoff durchlaufen, wenn die Temperatur, der er ausgesetzt ist, sehr schnell geändert wird. Wenn die Temperatur um einen Feststoff sehr schnell erhöht wird, kann er sublimieren oder von einem Feststoff zu einem Gas wechseln, ohne als Flüssigkeit zu existieren. In umgekehrter Richtung kann ein plötzlich unterkühltes Gas vollständig abgeschieden werden.
Temperatureffekte auf Phase
Bei konstantem Druck hängt der Zustand einer Substanz vollständig von der Temperatur ab, der sie ausgesetzt ist. Aus diesem Grund schmilzt Eis, wenn es aus dem Gefrierschrank genommen wird, und Wasser kocht aus einem Topf, wenn es zu lange bei zu hoher Temperatur gelassen wird. Die Temperatur ist lediglich ein Maß für die in der Umgebung vorhandene Wärmeenergiemenge. Wenn ein Stoff in eine Umgebung mit einer anderen Temperatur gebracht wird, wird Wärme zwischen dem Stoff und der Umgebung ausgetauscht, wodurch beide eine Gleichgewichtstemperatur erreichen. Wenn ein Eiswürfel Hitze ausgesetzt wird, nehmen seine Wassermoleküle Wärmeenergie aus der umgebenden Atmosphäre auf und beginnen sich energischer zu bewegen, wodurch das Wassereis zu flüssigem Wasser schmilzt.