Az anyagok szilárd, folyékony és gáz alakúak. E formák mindegyike az anyag fázisaként ismert. Az anyag minden fázisában az anyag részecskéi nagyon eltérő módon viselkednek. Az anyag egyik fázisból a másikba változhat az úgynevezett fázisátmenet révén. Ezek a fázisátalakulások főként a hőmérsékletváltozások következményei.
Szilárd
Amikor egy anyag szilárd fázisban van, a molekulák szorosan összekapcsolódnak. A szilárd anyag alakja és térfogata általában rögzített. Azok az erők, amelyek vonzzák a részecskéket egymáshoz, szilárd anyagokban különösen erősek, és meghatározott helyzetben szorosan egymás mellett tartják őket. Ez segít megelőzni a szilárd anyag szétesését vagy összenyomódását. A szilárd anyag sűrűsége alacsonyabb hőmérsékleten növekszik. Minél hidegebb a hőmérséklet, annál gyengébb a részecskék rezgése, így még szorosabban csomagolódnak össze. A szilárd anyagok kristályos kategóriába sorolhatók, a részecskék szorosan geometriai mintákban vannak elrendezve, vagy amorf szilárd anyagként osztályozhatók. Az amorf szilárd anyagok kristályai, például az agyag, lazábban és véletlenszerűen helyezkednek el, lehetővé téve az anyag alakjának megváltoztatását.
Folyékony
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
Folyékony fázisában az anyagot alkotó részecskék nagyobb mozgásszabadsággal rendelkeznek. Ezt a mozgást a részecskék hőenergia-nyeréssel érik el. A folyadék alakját a tartály alakja határozza meg. Bár a folyadékban lévő részecskék nincsenek olyan szorosan összekötve, mint a szilárd részecskék, a folyékony anyagokat nem lehet összenyomni. A folyékony részecskék energikusabbak, mint a szilárd részecskék, és mozoghatnak, de csak bizonyos távolságon belül vannak a többi részecskétől. Még mindig van egy vonzerő, amely lazán összetartja őket. Mivel a részecskék egy folyadékban tovább vannak egymástól, a folyékony fázisban lévő anyag térfogata nagyobb, mint a szilárd fázis térfogata.
Gáz
•••YuriyS / iStock / Getty Images
A gáz alakját és térfogatát a tartály alakja és térfogata határozza meg. A szilárd anyaggal ellentétben azonban egy gáz távozik, ha a tartályán nincs fedél. A gázban lévő részecskék nagy mozgásszabadsággal rendelkeznek, és nincsenek elrendezve. Ennek oka, hogy az erők, amelyek ezeket a részecskéket egymáshoz vonzzák, gyengék vagy hiányoznak a gázfázisban. A gázrészecskéknek nagyon sok mozgási energiája van, amely folyamatosan halad át a részecskék között, miközben mozognak és egymásnak ütköznek.
Átmenet
•••mbudley / iStock / Getty Images
A fázisátmenetek a hőmérséklet változásai miatt mennek végbe, bár a légköri nyomás is befolyásolja őket. A szilárd anyag folyadékká válik, ha olvadáspontjáig melegítik, ahol a hő elegendő energiát ad a részecskéknek ahhoz, hogy fellazuljanak szerkezetük és folyadékká váljanak. Forrásponton a hő elegendő energiát ad a folyadékban lévő részecskéknek ahhoz, hogy a folyadék felületén lévők kikerüljenek a szerkezetből és elpárologjanak, gázként a levegőbe kerülve. Az alacsony légköri nyomás lehetővé teszi a folyadékok alacsonyabb hőmérsékleten történő forralását. Ahhoz, hogy a gáz folyadékká váljon, elég lehűlnie kell ahhoz, hogy a részecskék energiát és kondenzációt vesztjenek; elég szorosan kötéseket képezve a folyékony forma megtartásához. Ahhoz, hogy egy folyadék szilárd anyaggá váljon, meg kell fagynia, hogy a részecskéknek nagyon kevés energiájuk legyen, és nagyon szoros kötések vonják össze őket.