I materiali hanno una forma solida, liquida e gassosa. Ognuna di queste forme è conosciuta come una fase della materia. In ciascuna delle sue fasi le particelle di una sostanza si comportano in modo molto diverso. Una sostanza può passare da una fase all'altra attraverso la cosiddetta transizione di fase. Queste transizioni di fase sono principalmente il risultato di variazioni di temperatura.
Solido
Quando un materiale è nella sua fase solida, le molecole sono strettamente legate insieme. La forma e il volume di un solido sono generalmente fissi. Le forze che attraggono le particelle l'una verso l'altra sono particolarmente forti nei solidi, mantenendole vicine tra loro in posizioni specifiche. Questo aiuta a prevenire la rottura o la compressione di un solido. La densità del materiale solido aumenta a temperature più basse. Più fredda è la temperatura, più deboli sono le vibrazioni delle particelle, rendendole ancora più compatte. I solidi possono essere classificati come cristallini, con particelle disposte strettamente in schemi geometrici, oppure possono essere classificati come solidi amorfi. I cristalli nei solidi amorfi, come l'argilla, sono disposti in modo più lasco e casuale, consentendo di alterare la forma del materiale.
Liquido
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Nella sua fase liquida, le particelle che compongono una sostanza hanno più libertà di movimento. Questo movimento è ottenuto attraverso le particelle che guadagnano energia termica. La forma di un liquido è determinata dalla forma del suo contenitore. Sebbene le particelle in un liquido non siano legate insieme così strettamente come quelle in un solido, le sostanze liquide non possono essere compresse. Le particelle liquide sono più energetiche delle particelle solide e possono muoversi ma solo entro una certa distanza dalle altre particelle. C'è ancora una forza di attrazione che li tiene insieme liberamente. Poiché le particelle sono più distanti in un liquido, il volume di una sostanza nella sua fase liquida è maggiore del suo volume in una fase solida.
Gas
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La forma e il volume di un gas sono determinati dalla forma e dal volume del suo contenitore. Tuttavia, a differenza di un solido, un gas uscirà se non c'è il coperchio sul suo contenitore. Le particelle in un gas hanno una grande libertà di movimento e non hanno una disposizione ordinata. Questo perché le forze che attraggono queste particelle tra loro sono deboli o assenti nella fase gassosa. Le particelle di gas hanno una grande quantità di energia cinetica, che viene continuamente fatta passare tra le particelle mentre si muovono e si scontrano l'una con l'altra.
Transizione
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Le transizioni di fase avvengono a causa delle variazioni di temperatura, sebbene siano anche influenzate dalla pressione atmosferica. Un solido diventa liquido quando viene riscaldato fino al punto di fusione, dove il calore fornisce alle particelle energia sufficiente per allentare la loro struttura e diventare un liquido. Al punto di ebollizione, il calore fornisce alle particelle in un liquido energia sufficiente per quelle sulla superficie di un liquido per sfuggire alla struttura e vaporizzare, spostandosi nell'aria come un gas. La bassa pressione atmosferica consente ai liquidi di bollire a una temperatura più bassa. Perché il gas diventi un liquido, deve raffreddarsi abbastanza da permettere alle particelle di perdere energia e condensarsi; formando legami abbastanza stretti da contenere una forma liquida. Perché un liquido diventi solido, deve congelare in modo che le particelle abbiano pochissima energia e siano unite da legami molto stretti.