Τι συμβαίνει όταν το θέμα μεταβαίνει μεταξύ στερεού, υγρού και αερίου;

Όλες οι ουσίες περνούν από μεταβατικές φάσεις με αυξανόμενες θερμοκρασίες. Καθώς θερμαίνονται, τα περισσότερα υλικά ξεκινούν ως στερεά και λιώνουν σε υγρά. Με περισσότερη θερμότητα, βράζουν σε αέρια. Αυτό συμβαίνει επειδή η ενέργεια των δονήσεων θερμότητας στα μόρια υπερνικά τις δυνάμεις που τις συγκρατούν. Σε ένα στερεό, οι δυνάμεις μεταξύ των μορίων τα διατηρούν σε άκαμπτες δομές. Αυτές οι δυνάμεις εξασθενούν πολύ στα υγρά και τα αέρια, επιτρέποντας σε μια ουσία να ρέει και να εξατμιστεί.

Οι επιστήμονες αποκαλούν στερεά, υγρά και αέρια τις φάσεις μιας ουσίας. Όταν λιώνει, παγώνει, βράζει ή συμπυκνώνεται, υφίσταται μετάβαση φάσης. Αν και πολλές ουσίες έχουν παρόμοιες συμπεριφορές μετάβασης φάσης, η καθεμία έχει ένα μοναδικό σύνολο θερμοκρασιών και πιέσεων που καθορίζουν σε ποιο σημείο τήκεται ή βράζει. Για παράδειγμα, το αέριο διοξείδιο του άνθρακα παγώνει απευθείας σε ξηρό πάγο σε μείον 109 βαθμούς Φαρενάιτ σε κανονικές πιέσεις. Έχει υγρή φάση μόνο σε υψηλές πιέσεις.

Καθώς θερμαίνετε ένα στερεό, η θερμοκρασία του αυξάνεται σταθερά. Κάθε βαθμός αύξησης της θερμοκρασίας παίρνει περίπου την ίδια ποσότητα θερμικής ενέργειας. Μόλις φτάσει στο σημείο τήξης, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή έως ότου λιώσει όλη η ουσία. Τα μόρια παίρνουν επιπλέον ενέργεια, που ονομάζεται θερμότητα σύντηξης, για να υγροποιηθούν. Όλη η ενέργεια σε αυτό το σημείο πηγαίνει στο να γίνει η ουσία υγρό. Το ίδιο συμβαίνει και με το βρασμό υγρών. Απαιτούν ενέργεια, που ονομάζεται θερμότητα εξάτμισης, για να κάνουν τη μετάβαση στο αέριο. Μόλις όλη η ουσία κάνει τη μετάβαση, περισσότερη ενέργεια αυξάνει ξανά τη θερμοκρασία.

Δυνάμεις μεταξύ μορίων, συμπεριλαμβανομένης της δύναμης διασποράς του Λονδίνου και της σύνδεσης υδρογόνου, σχηματίζουν κρύσταλλους και άλλα στερεά σχήματα όταν οι θερμοκρασίες είναι αρκετά χαμηλές. Η ισχύς των δυνάμεων καθορίζει τη θερμοκρασία τήξης. Ουσίες με πολύ αδύναμες δυνάμεις λιώνουν σε χαμηλές θερμοκρασίες. οι ισχυρές δυνάμεις απαιτούν υψηλές θερμοκρασίες. Εάν εφαρμόσετε αρκετή θερμική ενέργεια, τελικά όλες οι ουσίες λιώνουν ή βράζουν.

Οι ίδιοι μηχανισμοί που διέπουν την τήξη ισχύουν και για το βρασμό. Τα μόρια σε ένα υγρό έχουν αδύναμες δυνάμεις που τα συγκρατούν. Η θερμότητα τους αναγκάζει να δονήσουν δυνατά και να πετάξουν μακριά από τα υπόλοιπα. Σε ένα βραστό υγρό, ορισμένα μόρια θα έχουν σχετικά χαμηλές ενέργειες, τα περισσότερα έχουν ένα μέσο εύρος ενεργειών και μερικά έχουν αρκετές ενέργειες αρκετά ώστε να ξεφύγουν εντελώς από το υγρό. Με περισσότερη θερμότητα, περισσότερα μόρια διαφεύγουν. Στην αέρια φάση, κανένα μόριο δεν συνδέεται πλέον μεταξύ τους.