Mis juhtub aine üleminekul tahke, vedeliku ja gaasi vahel?

Kõik ained läbivad faasi üleminekuid temperatuuri tõusuga. Kuumutades algavad enamus materjale tahketena ja sulavad vedelateks. Suurema kuumuse korral keevad need gaasideks. See juhtub seetõttu, et molekulides toimuva soojusvibratsiooni energia ületab neid koos hoidvad jõud. Tahkes olekus hoiavad molekulide vahelised jõud neid jäikades struktuurides. Need jõud nõrgenevad vedelikes ja gaasides tugevalt, võimaldades ainel voolata ja aurustuda.

Teadlased nimetavad aine faasideks tahkeid aineid, vedelikke ja gaase. Kui see sulab, külmub, keeb või kondenseerub, toimub see faasimuutus. Ehkki paljudel ainetel on faasisiirde käitumine sarnane, on kummalgi ainulaadne temperatuuride ja rõhkude kogum, mis määravad, millises punktis see sulab või keeb. Näiteks külmub gaas süsinikdioksiid normaalrõhul otse kuivjääle miinus 109 kraadi Fahrenheiti juures. Vedel faas on sellel ainult kõrgel rõhul.

Tahke aine kuumutamisel tõuseb selle temperatuur pidevalt. Iga temperatuuri tõusu aste võtab umbes sama palju soojusenergiat. Kui see on jõudnud sulamistemperatuurini, püsib temperatuur ühtlane, kuni kogu aine sulab. Molekulid võtavad vedeldamiseks lisaenergiat, mida nimetatakse termotuumasünteesi soojuseks. Kogu energia läheb selles punktis aine vedelaks muutmiseks. Sama asi juhtub vedelike keetmisel. Gaasile üleminekuks vajavad nad energiat, mida nimetatakse aurustumissoojuseks. Kui kogu aine on ülemineku teinud, tõstab rohkem energiat uuesti temperatuuri.

Molekulidevahelised jõud, sealhulgas Londoni dispersioonijõud ja vesiniksidemed, moodustavad piisavalt madalate temperatuuride korral kristalle ja muid tahkeid vorme. Jõudude tugevus määrab sulamistemperatuuri. Väga nõrkade jõududega ained sulavad madalatel temperatuuridel; tugevad jõud nõuavad kõrget temperatuuri. Kui rakendate piisavalt soojusenergiat, siis lõpuks sulavad või keevad kõik ained.

Keetmisel kehtivad samad mehhanismid, mis reguleerivad sulamist. Vedeliku molekulidel on nõrgad jõud, mis neid koos hoiavad. Kuumus paneb nad tugevalt vibreerima ja lendama muust eemale. Keevas vedelikus on mõnel molekulil suhteliselt madal energia, enamikul on keskmine energia vahemik ja mõnel on piisavalt kõrge energia, et vedelikust täielikult välja pääseda. Suurema kuumuse korral pääseb rohkem molekule. Gaasifaasis pole ükski molekul enam üksteisega seotud.