La temperatura è una misura dell'energia cinetica media delle molecole all'interno di una sostanza e può essere misurata utilizzando tre diverse scale: Celsius, Fahrenheit e Kelvin. Indipendentemente dalla scala utilizzata, la temperatura mostra il suo effetto sulla materia a causa della sua relazione con l'energia cinetica. L'energia cinetica è l'energia del movimento e può essere misurata come il movimento delle molecole all'interno di un oggetto. Esaminando l'impatto delle diverse temperature sull'energia cinetica si individuano i suoi effetti sui vari stati della materia.
Il punto di congelamento o fusione
Un solido è composto da molecole strettamente impacchettate insieme, conferendo così all'oggetto una struttura rigida resistente al cambiamento. All'aumentare della temperatura, l'energia cinetica delle molecole all'interno del solido inizia a vibrare, il che diminuisce l'attrazione di queste molecole. Esiste una soglia di temperatura, denominata punto di fusione, alla quale la vibrazione diventa sufficiente a far sì che il solido si trasformi in liquido. Il punto di fusione, a sua volta, identifica anche la temperatura alla quale il liquido ritornerà allo stato solido, quindi è anche il punto di congelamento.
Il punto di ebollizione o di condensazione
In un liquido, le molecole non sono così strettamente compresse come in un solido e possono muoversi. Ciò conferisce al liquido l'importante proprietà di poter assumere la forma del contenitore in cui è contenuto. All'aumentare della temperatura - e quindi dell'energia cinetica - di un liquido, le molecole iniziano a vibrare più rapidamente. Raggiungono quindi una soglia alla quale la loro energia diventa così grande che le molecole sfuggono nell'atmosfera e il liquido diventa un gas. Questa soglia di temperatura è chiamata punto di ebollizione se il cambiamento avviene da liquido a gas all'aumentare della temperatura. Se il passaggio è da gas a liquido quando la temperatura scende al di sotto di esso, è il punto di condensazione.
Energia cinetica dei gas
I gas hanno la più alta energia cinetica di qualsiasi stato della materia e quindi si verificano alle temperature più elevate. L'aumento della temperatura di un gas in un sistema aperto non cambierà ulteriormente lo stato della materia perché le molecole di gas diventeranno solo infinitamente più distanti. In un sistema chiuso, tuttavia, l'aumento della temperatura dei gas comporterà un aumento della pressione dovuto alle molecole che si muovono più velocemente e all'aumentata frequenza delle molecole che colpiscono i lati del contenitore.
Effetto della pressione e della temperatura
La pressione è anche un fattore quando si esaminano gli effetti della temperatura sui vari stati della materia. Secondo la legge di Boyle, la temperatura e la pressione sono direttamente correlate, il che significa che un aumento della temperatura determina un corrispondente aumento della pressione. Anche questo è causato dall'aumento dell'energia cinetica associata all'aumento della temperatura. A pressioni e temperature sufficientemente basse, la materia solida può bypassare la fase liquida ed essere convertita direttamente da solido a gas attraverso un processo chiamato sublimazione.