Ce se întâmplă când tranziția importantă între un solid, un lichid și un gaz?

Toate substanțele trec prin tranziții de fază cu temperaturi în creștere. Pe măsură ce se încălzesc, majoritatea materialelor încep ca solide și se topesc în lichide. Cu mai multă căldură, se fierb în gaze. Acest lucru se întâmplă deoarece energia vibrațiilor de căldură din molecule depășește forțele care le țin împreună. Într-un solid, forțele dintre molecule le mențin în structuri rigide. Aceste forțe slăbesc foarte mult în lichide și gaze, permițând unei substanțe să curgă și să se evapore.

Oamenii de știință numesc solidele, lichidele și gazele fazele unei substanțe. Când se topește, îngheață, fierbe sau condensează, suferă o tranziție de fază. Deși multe substanțe au comportamente similare de tranziție de fază, fiecare are un set unic de temperaturi și presiuni care determină în ce moment se topește sau fierbe. De exemplu, gazul dioxid de carbon îngheață direct în gheață uscată la minus 109 grade Fahrenheit la presiuni normale. Are o fază lichidă doar la presiuni ridicate.

Pe măsură ce încălziți un solid, temperatura acestuia crește constant. Fiecare grad de creștere a temperaturii necesită aproximativ aceeași cantitate de energie termică. Cu toate acestea, odată ce atinge punctul de topire, temperatura rămâne constantă până când toată substanța se topește. Moleculele iau energie suplimentară, numită căldura de fuziune, pentru a lichefia. Toată energia din acest moment merge în transformarea substanței în lichid. Același lucru se întâmplă și în cazul fierberii lichidelor. Acestea necesită energie, numită căldura vaporizării, pentru a face trecerea la gaz. Odată ce toată substanța face tranziția, mai multă energie ridică temperatura din nou.

Forțele dintre molecule, inclusiv forța de dispersie din Londra și legătura de hidrogen, formează cristale și alte forme solide atunci când temperaturile sunt suficient de scăzute. Puterea forțelor determină temperatura de topire. Substanțele cu forțe foarte slabe se topesc la temperaturi scăzute; forțele puternice necesită temperaturi ridicate. Dacă aplicați suficientă energie termică, în cele din urmă toate substanțele se topesc sau fierb.

Aceleași mecanisme care guvernează topirea se aplică fierberii. Moleculele dintr-un lichid au forțe slabe care le țin împreună. Căldura îi face să vibreze puternic și să zboare departe de restul. Într-un lichid care fierbe, unele molecule vor avea energii relativ scăzute, majoritatea au o gamă medie de energii și câteva au energii suficient de mari pentru a scăpa complet de lichid. Cu mai multă căldură, mai multe molecule scapă. În faza gazoasă, nu mai sunt molecule legate între ele.