Sve tvari prolaze kroz fazne prijelaze s porastom temperature. Kako se zagrijavaju, većina materijala započinje kao krutina i topi se u tekućine. S više topline proključaju u plinove. To se događa jer energija toplinskih vibracija u molekulama nadjačava sile koje ih drže zajedno. U krutini, sile između molekula drže ih u krutim strukturama. Te sile jako slabe u tekućinama i plinovima, omogućujući tvari da teče i isparava.
Fazni prijelaz
Znanstvenici krutine, tekućine i plinove nazivaju fazama tvari. Kad se otopi, smrzne, zakuha ili kondenzira, prolazi fazni prijelaz. Iako mnoge tvari imaju slična ponašanja u faznom prijelazu, svaka ima jedinstveni skup temperatura i tlakova koji određuju u kojoj se topi topi ili ključa. Na primjer, plin ugljični dioksid smrzava se izravno u suhi led na minus 109 stupnjeva Fahrenheita pri normalnim tlakovima. Ima tekuću fazu samo pri visokim tlakovima.
Toplina i temperatura
Kako zagrijavate krutinu, temperatura joj neprestano raste. Svaki stupanj porasta temperature uzima približno istu količinu toplinske energije. Jednom kad dosegne točku topljenja, temperatura ostaje stabilna dok se sva tvar ne otopi. Molekule uzimaju dodatnu energiju, koja se naziva toplina fuzije, da bi se ukapljile. Sva energija u ovom trenutku ide u to da tvar postane tekućina. Ista se stvar događa s kipućim tekućinama. Za prijelaz na plin potrebna im je energija, koja se naziva toplina isparavanja. Jednom kada sva tvar prijeđe, više energije opet povisuje temperaturu.
Topljenje
Sile između molekula, uključujući londonsku disperzijsku silu i vodikovu vezu, tvore kristale i druge čvrste oblike kad su temperature dovoljno niske. Jačina sila određuje temperaturu topljenja. Tvari s vrlo slabim silama tope se na niskim temperaturama; jake sile zahtijevaju visoke temperature. Ako primijenite dovoljno toplinske energije, na kraju se sve tvari rastope ili zakuhaju.
Ključanje
Isti mehanizmi koji upravljaju topljenjem primjenjuju se i na vrenje. Molekule u tekućini imaju slabe sile koje ih drže zajedno. Toplina uzrokuje da snažno vibriraju i odlete od ostalih. U kipućoj tekućini neke će molekule imati relativno niske energije, većina ih ima prosječni raspon energija, a neke imaju dovoljno visoke energije da u potpunosti mogu izaći iz tekućine. S više topline izlazi više molekula. U plinskoj fazi više nijedna molekula nije vezana jedna za drugu.