Kā temperatūra ietekmē matērijas stāvokli?

Temperatūra ir vielas molekulu vidējās kinētiskās enerģijas mērījums, un to var izmērīt, izmantojot trīs dažādas skalas: Celsija, Fārenheita un Kelvina. Neatkarīgi no izmantotās skalas, temperatūrai ir ietekme uz matēriju sakarā ar tās saistību ar kinētisko enerģiju. Kinētiskā enerģija ir kustības enerģija, un to var izmērīt kā molekulu kustību objektā. Pārbaudot dažādu temperatūru ietekmi uz kinētisko enerģiju, tiek identificēta tās ietekme uz dažādiem vielas stāvokļiem.

Cietā viela sastāv no molekulām, kas ir cieši sapakotas, tādējādi objektam piešķirot stingru struktūru, kas ir izturīga pret izmaiņām. Temperatūrai paaugstinoties, cieto vielu molekulu kinētiskā enerģija sāk vibrēt, kas samazina šo molekulu pievilcību. Pastāv temperatūras slieksnis, ko sauc par kušanas temperatūru, pie kura vibrācija kļūst pietiekama, lai izraisītu cietās vielas pāreju uz šķidrumu. Kušanas temperatūra savukārt nosaka arī temperatūru, kurā šķidrums atkal mainīsies uz cieto, tāpēc tā ir arī sasalšanas temperatūra.

Šķidrumā molekulas nav tik cieši saspiestas kā cietā vielā, un tās var pārvietoties. Tas šķidrumam piešķir svarīgu īpašību - tas spēj uzņemt trauka formu, kurā tas tiek turēts. Palielinoties šķidruma temperatūrai - un līdz ar to arī kinētiskajai enerģijai -, molekulas sāk straujāk vibrēt. Tad viņi sasniedz slieksni, pie kura viņu enerģija kļūst tik liela, ka molekulas izplūst atmosfērā, un šķidrums kļūst par gāzi. Šo temperatūras slieksni sauc par viršanas temperatūru, ja temperatūras paaugstināšanās laikā notiek izmaiņas no šķidruma uz gāzi. Ja temperatūra mainās no gāzes uz šķidrumu, kad temperatūra nokrītas zem tās, tas ir kondensācijas punkts.

Gāzēm ir vislielākā kinētiskā enerģija no jebkura materiāla stāvokļa, un tādējādi tās notiek visaugstākajā temperatūrā. Gāzes temperatūras paaugstināšana atklātā sistēmā vielas stāvokli vairs nemainīs, jo gāzes molekulas tikai bezgalīgi tālāk atradīsies tālāk. Tomēr slēgtā sistēmā paaugstinot gāzu temperatūru, palielināsies spiediens uz molekulām, kas pārvietojas ātrāk, un palielinātu molekulu biežumu, kas ietriecas konteiners.

Spiediens ir arī faktors, pārbaudot temperatūras ietekmi uz dažādiem materiāla stāvokļiem. Saskaņā ar Boila likumu, temperatūra un spiediens ir tieši saistīti, tas nozīmē, ka temperatūras paaugstināšanās rezultātā attiecīgi palielinās spiediens. To atkal izraisa kinētiskās enerģijas pieaugums, kas saistīts ar temperatūras paaugstināšanos. Pietiekami zemā spiedienā un temperatūrā cietās vielas var apiet šķidro fāzi un tieši no cietās vielas pārvērst gāzē, izmantojot procesu, ko sauc par sublimāciju.