Temperatura jest miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek w substancji i może być mierzona w trzech różnych skalach: Celsjusza, Fahrenheita i Kelvina. Niezależnie od zastosowanej skali, temperatura wywiera wpływ na materię ze względu na jej związek z energią kinetyczną. Energia kinetyczna to energia ruchu i może być mierzona jako ruch cząsteczek w obiekcie. Badanie wpływu różnych temperatur na energię kinetyczną pozwala zidentyfikować jej wpływ na różne stany materii.
Temperatura zamarzania lub topnienia
Ciało stałe składa się z ciasno upakowanych cząsteczek, dzięki czemu obiekt ma sztywną strukturę odporną na zmiany. Wraz ze wzrostem temperatury energia kinetyczna cząsteczek w ciele stałym zaczyna wibrować, co zmniejsza przyciąganie tych cząsteczek. Istnieje próg temperatury, określany jako temperatura topnienia, w którym wibracje stają się wystarczające, aby spowodować zmianę ciała stałego w ciecz. Z kolei temperatura topnienia określa również temperaturę, w której ciecz zmieni się z powrotem w ciało stałe, więc jest to również temperatura zamarzania.
Punkt wrzenia lub kondensacji
W cieczy cząsteczki nie są tak mocno ściśnięte jak w ciele stałym i mogą się poruszać. Nadaje to płynowi ważną właściwość polegającą na tym, że może przybierać kształt pojemnika, w którym jest przechowywany. Wraz ze wzrostem temperatury, a tym samym energii kinetycznej cieczy, cząsteczki zaczynają wibrować szybciej. Następnie osiągają próg, przy którym ich energia staje się tak duża, że cząsteczki uciekają do atmosfery, a ciecz staje się gazem. Ten próg temperatury nazywa się temperaturą wrzenia, jeśli zmiana następuje z cieczy na gaz wraz ze wzrostem temperatury. Jeśli zmiana następuje z gazu na ciecz, gdy temperatura spada poniżej, jest to punkt kondensacji.
Energia kinetyczna gazów
Gazy mają najwyższą energię kinetyczną ze wszystkich stanów skupienia i dlatego występują w najwyższych temperaturach. Podwyższenie temperatury gazu w układzie otwartym nie spowoduje dalszej zmiany stanu materii, ponieważ cząsteczki gazu staną się nieskończenie bardziej oddalone od siebie. Jednak w układzie zamkniętym podwyższenie temperatury gazów spowoduje wzrost ciśnienia z powodu do cząsteczek poruszających się szybciej i zwiększonej częstotliwości cząsteczek uderzających w boki pojemnik.
Wpływ ciśnienia i temperatury
Ciśnienie jest również czynnikiem przy badaniu wpływu temperatury na różne stany materii. Zgodnie z prawem Boyle'a temperatura i ciśnienie są ze sobą bezpośrednio powiązane, co oznacza, że wzrost temperatury powoduje odpowiedni wzrost ciśnienia. Jest to ponownie spowodowane wzrostem energii kinetycznej związanej ze wzrostem temperatury. Przy wystarczająco niskich ciśnieniach i temperaturach ciała stałe mogą omijać fazę ciekłą i być przekształcane bezpośrednio ze ciała stałego w gaz w procesie zwanym sublimacją.
