Wszystkie substancje przechodzą przemiany fazowe wraz ze wzrostem temperatury. Gdy się nagrzewają, większość materiałów zaczyna się jako ciała stałe i topi się w ciecze. Przy większej ilości ciepła zamieniają się w gazy. Dzieje się tak, ponieważ energia drgań cieplnych w cząsteczkach przewyższa siły, które je łączą. W ciele stałym siły między cząsteczkami utrzymują je w sztywnych strukturach. Siły te znacznie słabną w cieczach i gazach, umożliwiając przepływ i parowanie substancji.
Przejście fazowe
Naukowcy nazywają ciała stałe, ciecze i gazy fazami substancji. Kiedy topi się, zamarza, wrze lub kondensuje, przechodzi przemianę fazową. Chociaż wiele substancji ma podobne zachowania związane z przejściem fazowym, każda ma unikalny zestaw temperatur i ciśnień, które określają, w którym momencie topi się lub wrze. Na przykład dwutlenek węgla zamarza bezpośrednio w suchym lodzie w temperaturze minus 109 stopni Fahrenheita przy normalnym ciśnieniu. Ma fazę ciekłą tylko pod wysokim ciśnieniem.
Ciepło i temperatura
W miarę podgrzewania ciała stałego jego temperatura stale rośnie. Każdy stopień wzrostu temperatury zużywa mniej więcej taką samą ilość energii cieplnej. Jednak po osiągnięciu temperatury topnienia temperatura pozostaje stała, dopóki cała substancja się nie stopi. Cząsteczki potrzebują dodatkowej energii, zwanej ciepłem syntezy, do upłynnienia. Cała energia w tym momencie idzie na uczynienie substancji cieczą. To samo dzieje się z wrzącymi płynami. Wymagają energii, zwanej ciepłem parowania, aby przejść w gaz. Gdy cała substancja przejdzie przejście, więcej energii ponownie podnosi temperaturę.
Topienie
Siły między cząsteczkami, w tym siła dyspersyjna Londynu i wiązania wodorowe, tworzą kryształy i inne bryły, gdy temperatury są wystarczająco niskie. Siła sił determinuje temperaturę topnienia. Substancje o bardzo słabych siłach topią się w niskich temperaturach; silne siły wymagają wysokich temperatur. Jeśli zastosujesz wystarczającą ilość energii cieplnej, w końcu wszystkie substancje stopią się lub zagotują.
Wrzenie
Te same mechanizmy, które rządzą topnieniem, dotyczą wrzenia. Cząsteczki w cieczy mają słabe siły trzymające je razem. Ciepło powoduje, że silnie wibrują i odlatują od reszty. We wrzącej cieczy niektóre cząsteczki będą miały stosunkowo niskie energie, większość ma średni zakres energii, a kilka ma energie wystarczająco wysokie, aby całkowicie uciec z cieczy. Im więcej ciepła, tym więcej cząsteczek ucieka. W fazie gazowej żadne cząsteczki nie są już ze sobą powiązane.