כיצד הטמפרטורה משפיעה על מצב החומר?

טמפרטורה היא מדידה של האנרגיה הקינטית הממוצעת של המולקולות בתוך חומר וניתן למדוד אותה באמצעות שלושה מאזניים שונים: צלזיוס, פרנהייט וקלווין. ללא קשר לסולם המשמש, הטמפרטורה מציגה את השפעתה על החומר בשל הקשר שלה עם האנרגיה הקינטית. אנרגיה קינטית היא אנרגיית התנועה וניתן למדוד אותה כתנועה של מולקולות בתוך אובייקט. בחינת ההשפעה של טמפרטורות שונות על אנרגיה קינטית מזהה את השפעותיה על מצבי החומר השונים.

מוצק מורכב ממולקולות הנארזות היטב יחד, ובכך מעניק לאובייקט מבנה נוקשה העמיד בפני שינויים. עם עליית הטמפרטורה האנרגיה הקינטית של המולקולות בתוך המוצק מתחילה לרטוט, מה שמקטין את המשיכה של מולקולות אלה. יש סף טמפרטורה, המכונה נקודת ההיתוך, בו הרטט הופך מספיק כדי לגרום למוצק לעבור לנוזל. נקודת ההיתוך, מצדה, מזהה גם את הטמפרטורה בה הנוזל ישתנה חזרה למוצק, ולכן זו גם נקודת הקפאה.

בנוזל, מולקולות אינן דחוסות כמו במוצק, והן יכולות להסתובב. זה נותן לנוזל את המאפיין החשוב של היכולת ללבוש את צורת המכולה בה הוא מוחזק. ככל שהטמפרטורה - וכך האנרגיה הקינטית - של נוזל עולה, המולקולות מתחילות לרטוט במהירות רבה יותר. לאחר מכן הם מגיעים לסף בו האנרגיה שלהם הופכת לגדולה כל כך שהמולקולות בורחות לאטמוספרה, והנוזל הופך לגז. סף טמפרטורה זה נקרא נקודת רתיחה אם השינוי הוא מנוזל לגז ככל שהטמפרטורה עולה. אם השינוי הוא מגז לנוזל כשהטמפרטורה יורדת מתחתיו, זו נקודת העיבוי.

לגזים יש את האנרגיה הקינטית הגבוהה ביותר מכל מצב של חומר וכך הם מתרחשים בטמפרטורות הגבוהות ביותר. העלאת הטמפרטורה של גז במערכת פתוחה לא תשנה עוד יותר את מצב החומר מכיוון שמולקולות הגז רק יתפרקו לאין ערוך. במערכת סגורה, לעומת זאת, העלאת טמפרטורת הגזים תביא לעלייה בלחץ הנגרם למולקולות הנעות מהר יותר ולתדירות המוגברת של המולקולות הפוגעות בצידי ה - מְכוֹלָה.

לחץ הוא גם גורם בבחינת השפעות הטמפרטורה על מצבי החומר השונים. על פי חוק בויל, הטמפרטורה והלחץ קשורים ישירות, כלומר עליית הטמפרטורה מביאה לעלייה מקבילה בלחץ. זה נגרם שוב על ידי העלייה באנרגיה הקינטית הקשורה לעליית הטמפרטורה. בלחצים וטמפרטורות נמוכים מספיק, חומר מוצק עלול לעקוף את השלב הנוזלי ולהמיר ישירות ממוצק לגז באמצעות תהליך הנקרא סובלימציה.