Les matériaux ont une forme solide, liquide et gazeuse. Chacune de ces formes est connue comme une phase de la matière. Dans chacune de ses phases, les particules d'une substance se comportent très différemment. Une substance peut passer d'une phase à une autre par ce qu'on appelle une transition de phase. Ces transitions de phase sont principalement le résultat de changements de température.
Solide
Lorsqu'un matériau est dans sa phase solide, les molécules sont étroitement liées entre elles. La forme et le volume d'un solide sont généralement fixes. Les forces qui attirent les particules les unes aux autres sont particulièrement fortes dans les solides, les maintenant proches les unes des autres dans des positions spécifiques. Cela aide à empêcher un solide de se briser ou d'être comprimé. La densité du matériau solide augmente à des températures plus basses. Plus la température est froide, plus les vibrations des particules sont faibles, ce qui les rend encore plus compactes. Les solides peuvent être classés comme cristallins, avec des particules disposées étroitement selon des motifs géométriques, ou ils peuvent être classés comme solides amorphes. Les cristaux dans les solides amorphes, tels que l'argile, sont disposés de manière plus lâche et aléatoire, ce qui permet de modifier la forme du matériau.
Liquide
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Dans sa phase liquide, les particules qui composent une substance ont plus de liberté de mouvement. Ce mouvement est réalisé grâce aux particules qui gagnent de l'énergie thermique. La forme d'un liquide est déterminée par la forme de son contenant. Bien que les particules d'un liquide ne soient pas liées entre elles aussi étroitement que celles d'un solide, les substances liquides ne peuvent pas être comprimées. Les particules liquides sont plus énergétiques que les particules solides et peuvent se déplacer mais seulement à une certaine distance des autres particules. Il y a toujours une force d'attraction qui les maintient ensemble de manière lâche. Comme les particules sont plus éloignées les unes des autres dans un liquide, le volume d'une substance dans sa phase liquide est supérieur à son volume dans une phase solide.
Gaz
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La forme et le volume d'un gaz sont déterminés par la forme et le volume de son contenant. Cependant, contrairement à un solide, un gaz s'échappera s'il n'y a pas de couvercle sur son récipient. Les particules dans un gaz ont une grande liberté de mouvement et n'ont pas d'arrangement ordonné. En effet, les forces qui attirent ces particules les unes vers les autres sont faibles ou absentes en phase gazeuse. Les particules de gaz ont une grande énergie cinétique, qui circule continuellement entre les particules lorsqu'elles se déplacent et se heurtent les unes aux autres.
Transition
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Les transitions de phase se produisent en raison des changements de température, bien qu'elles soient également influencées par la pression atmosphérique. Un solide devient liquide lorsqu'il est chauffé jusqu'à son point de fusion, où la chaleur donne aux particules suffisamment d'énergie pour desserrer leur structure et devenir un liquide. Au point d'ébullition, la chaleur donne aux particules d'un liquide suffisamment d'énergie pour que celles qui se trouvent à la surface d'un liquide s'échappent de la structure et se vaporisent, se déplaçant dans l'air sous forme de gaz. Une faible pression atmosphérique permet aux liquides de bouillir à une température plus basse. Pour que le gaz devienne un liquide, il doit se refroidir suffisamment pour que les particules perdent de l'énergie et se condensent; former des liaisons suffisamment serrées pour contenir une forme liquide. Pour qu'un liquide devienne solide, il doit geler afin que les particules aient très peu d'énergie et soient attirées entre elles par des liaisons très étroites.