מה קורה כאשר חומר עובר בין מוצק, נוזלי וגז?

כל החומרים עוברים מעברי פאזה עם עליית טמפרטורות. כאשר הם מתחממים, רוב החומרים מתחילים כמוצקים ונמסים לנוזלים. עם יותר חום הם מתבשלים לגזים. זה קורה מכיוון שאנרגיית תנודות החום במולקולות משתלטת על הכוחות המחזיקים אותם יחד. במוצק, כוחות בין מולקולות שומרים על מבנים קשיחים. כוחות אלה נחלשים מאוד בנוזלים ובגזים, ומאפשרים לחומר לזרום ולהתאדות.

מדענים מכנים מוצקים, נוזלים וגזים כשלבי החומר. כאשר הוא נמס, קופא, רותח או מתעבה, הוא עובר מעבר פאזה. אף על פי שלחומרים רבים יש התנהגויות מעבר דומות של שלב, לכל אחד מהם סט ייחודי של טמפרטורות ולחצים הקובעים באיזו נקודה הוא נמס או רותח. לדוגמא, גז פחמן דו חמצני קופא ישירות לקרח יבש במינוס 109 מעלות פרנהייט בלחצים רגילים. יש לו שלב נוזלי רק בלחצים גבוהים.

כשמחממים מוצק, הטמפרטורה שלו עולה בהתמדה. כל דרגת עליית טמפרטורה לוקחת בערך אותה כמות של אנרגיית חום. אולם ברגע שהוא מגיע לנקודת ההיתוך שלו, הטמפרטורה נשארת יציבה עד שכל החומר נמס. המולקולות לוקחות אנרגיה נוספת, המכונה חום היתוך, כדי להימנע. כל האנרגיה בשלב זה עוברת בהפיכת החומר לנוזל. אותו דבר קורה גם לגבי נוזלים רותחים. הם דורשים אנרגיה, הנקראת חום האידוי, כדי לעבור את המעבר לגז. ברגע שכל החומר מבצע את המעבר, יותר אנרגיה מעלה את הטמפרטורה שוב.

כוחות בין מולקולות, כולל כוח הפיזור הלונדוני וקשר המימן, יוצרים גבישים וצורות מוצקות אחרות כאשר הטמפרטורות נמוכות מספיק. עוצמת הכוחות קובעת את טמפרטורת ההיתוך. חומרים בעלי כוחות חלשים מאוד נמסים בטמפרטורות נמוכות; כוחות חזקים דורשים טמפרטורות גבוהות. אם אתה מפיץ מספיק אנרגיית חום, בסופו של דבר כל החומרים נמסים או רותחים.

אותם מנגנונים השולטים בהתכה חלים על רתיחה. למולקולות בנוזל כוחות חלשים המחזיקים אותם זה לזה. החום גורם להם לרטוט חזק ולעוף מהשאר. בנוזל רותח, יש מולקולות בעלות אנרגיות נמוכות יחסית, ברובן יש טווח ממוצע של אנרגיות ולחלקן יש אנרגיות מספיק גבוהות כדי להימלט לחלוטין מהנוזל. עם יותר חום, יותר מולקולות בורחות. בשלב הגז, אין מולקולות קשורות זו לזו יותר.