Que se passe-t-il lorsque la matière passe d'un solide à un liquide et à un gaz ?

Toutes les substances passent par des transitions de phase avec des températures croissantes. À mesure qu'ils se réchauffent, la plupart des matériaux commencent sous forme de solides et fondent en liquides. Avec plus de chaleur, ils se transforment en gaz. Cela se produit parce que l'énergie des vibrations thermiques dans les molécules surpasse les forces qui les maintiennent ensemble. Dans un solide, les forces entre les molécules les maintiennent dans des structures rigides. Ces forces s'affaiblissent considérablement dans les liquides et les gaz, permettant à une substance de s'écouler et de s'évaporer.

Les scientifiques appellent les solides, les liquides et les gaz les phases d'une substance. Lorsqu'il fond, gèle, bout ou se condense, il subit une transition de phase. Bien que de nombreuses substances aient des comportements de transition de phase similaires, chacune a un ensemble unique de températures et de pressions qui déterminent à quel point elle fond ou bout. Par exemple, le dioxyde de carbone gèle directement dans la glace sèche à moins 109 degrés Fahrenheit à des pressions normales. Il n'a une phase liquide qu'à haute pression.

Lorsque vous chauffez un solide, sa température augmente régulièrement. Chaque degré d'élévation de température nécessite environ la même quantité d'énergie thermique. Une fois qu'il atteint son point de fusion, cependant, la température reste stable jusqu'à ce que toute la substance fonde. Les molécules prennent de l'énergie supplémentaire, appelée chaleur de fusion, pour se liquéfier. Toute l'énergie à ce stade sert à faire de la substance un liquide. La même chose se produit pour les liquides bouillants. Ils ont besoin d'énergie, appelée chaleur de vaporisation, pour faire la transition vers le gaz. Une fois que toute la substance fait la transition, plus d'énergie augmente à nouveau la température.

Les forces entre les molécules, y compris la force de dispersion de London et la liaison hydrogène, forment des cristaux et d'autres formes solides lorsque les températures sont suffisamment basses. La force des forces détermine la température de fusion. Les substances avec des forces très faibles fondent à basse température; des forces fortes nécessitent des températures élevées. Si vous appliquez suffisamment d'énergie thermique, toutes les substances finissent par fondre ou bouillir.

Les mêmes mécanismes qui régissent la fusion s'appliquent à l'ébullition. Les molécules dans un liquide ont des forces faibles qui les maintiennent ensemble. La chaleur les fait vibrer fortement et s'éloigner du reste. Dans un liquide bouillant, certaines molécules auront des énergies relativement faibles, la plupart ont une gamme d'énergies moyenne et quelques-unes ont des énergies suffisamment élevées pour s'échapper entièrement du liquide. Avec plus de chaleur, plus de molécules s'échappent. En phase gazeuse, plus aucune molécule n'est liée les unes aux autres.