Materiaalit ovat kiinteitä, nestemäisiä ja kaasumaisia. Jokainen näistä muodoista tunnetaan aineen vaiheena. Aineen hiukkaset käyttäytyvät kussakin vaiheessa hyvin eri tavalla. Aine voi vaihtua vaiheesta toiseen ns. Vaihesiirtymän kautta. Nämä vaihesiirtymät johtuvat pääasiassa lämpötilan muutoksista.
Kiinteä
Kun materiaali on kiinteässä faasissaan, molekyylit sitoutuvat tiiviisti toisiinsa. Kiinteän aineen muoto ja tilavuus on yleensä kiinteä. Voimat, jotka houkuttelevat hiukkasia toisiinsa, ovat erityisen vahvoja kiinteissä aineissa, pitäen ne lähellä toisiaan tietyissä asennoissa. Tämä auttaa estämään kiinteän aineen hajoamisen tai puristumisen. Kiinteän materiaalin tiheys kasvaa alemmissa lämpötiloissa. Mitä kylmempi lämpötila on, sitä heikommat hiukkasten värähtelyt tekevät niistä vielä tiukempia. Kiinteät aineet voidaan luokitella kiteisiksi, hiukkasten järjestyessä tiiviisti geometrisiin kuvioihin, tai ne voidaan luokitella amorfisiksi kiintoaineiksi. Amorfisten kiintoaineiden kiteet, kuten savi, on järjestetty löyhemmin ja satunnaisemmin, mikä sallii materiaalin muodon muuttumisen.
Nestemäinen
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
Nestemäisessä faasissa aineen muodostavilla hiukkasilla on enemmän liikkumisvapautta. Tämä liike saavutetaan hiukkasilla, jotka saavat lämpöenergiaa. Nesteen muoto määräytyy sen astian muodon mukaan. Vaikka nesteen hiukkaset eivät ole sitoutuneet yhtä tiukasti kuin kiinteässä aineessa, nestemäisiä aineita ei voida puristaa. Nestemäiset hiukkaset ovat energisempiä kuin kiinteät hiukkaset ja voivat liikkua ympäriinsä, mutta vain tietyllä etäisyydellä muista hiukkasista. Heitä houkuttelee edelleen löyhästi yhteen vetovoima. Koska hiukkaset ovat erillään toisistaan nesteessä, nestemäisessä faasissa olevan aineen tilavuus on suurempi kuin kiinteän faasin tilavuus.
Kaasu
•••YuriyS / iStock / Getty Images
Kaasun muoto ja tilavuus määräytyvät sen astian muodon ja tilavuuden mukaan. Kuitenkin toisin kuin kiinteä aine, kaasu vapautuu, jos sen säiliössä ei ole kantta. Kaasun hiukkasilla on paljon liikkumisvapautta, eikä niillä ole järjestettyä järjestelyä. Tämä johtuu siitä, että voimat, jotka houkuttelevat näitä hiukkasia toisiinsa, ovat heikkoja tai puuttuvat kaasufaasissa. Kaasupartikkeleilla on paljon kineettistä energiaa, joka kulkee jatkuvasti hiukkasten välillä, kun ne liikkuvat ja törmäävät toisiinsa.
Siirtyminen
•••mbudley / iStock / Getty Images
Vaihesiirtymät tapahtuvat lämpötilan muutosten takia, vaikka niihin vaikuttaa myös ilmanpaine. Kiinteästä aineesta tulee nestettä, kun se kuumennetaan sulamispisteeseen, jossa lämpö antaa hiukkasille riittävästi energiaa löysäämään niiden rakennetta ja muuttumaan nesteenä. Kiehumispisteessä lämpö antaa nesteessä oleville hiukkasille riittävästi energiaa, jotta nesteen pinnalla olevat voivat poistua rakenteesta ja höyrystyä ja siirtyä ilmaan kaasuna. Alhainen ilmanpaine antaa nesteiden kiehua alemmassa lämpötilassa. Jotta kaasusta tulisi nestettä, sen on jäähdytettävä tarpeeksi, jotta hiukkaset menettävät energiaa ja kondensoituvat; muodostavat sidokset riittävän tiukasti nestemäisen muodon pitämiseksi. Jotta nesteestä tulisi kiinteä aine, sen on jäätyttävä siten, että hiukkasilla on hyvin vähän energiaa ja ne kiinnittyvät yhteen erittäin tiukoilla sidoksilla.