Материалы бывают твердой, жидкой и газовой. Каждая из этих форм известна как фаза материи. В каждой из своих фаз частицы вещества ведут себя по-разному. Вещество может переходить из одной фазы в другую посредством так называемого фазового перехода. Эти фазовые переходы в основном являются результатом изменения температуры.
Твердый
Когда материал находится в твердой фазе, молекулы прочно связаны друг с другом. Форма и объем твердого тела обычно фиксированы. Силы, притягивающие частицы друг к другу, особенно сильны в твердых телах, удерживая их близко друг к другу в определенных положениях. Это помогает предотвратить разрушение или сжатие твердого тела. Плотность твердого материала увеличивается при более низких температурах. Чем ниже температура, тем слабее колебания частиц, из-за чего они собираются вместе еще плотнее. Твердые вещества могут быть классифицированы как кристаллические, с плотно расположенными частицами в геометрической форме, или они могут быть классифицированы как аморфные твердые вещества. Кристаллы в аморфных твердых телах, таких как глина, расположены более рыхло и беспорядочно, что позволяет изменять форму материала.
Жидкость
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
В жидкой фазе частицы, составляющие вещество, обладают большей свободой движения. Это движение достигается за счет того, что частицы приобретают тепловую энергию. Форма жидкости определяется формой емкости с ней. Хотя частицы в жидкости не связаны друг с другом так плотно, как в твердом, жидкие вещества нельзя сжать. Жидкие частицы более энергичны, чем твердые частицы, и могут перемещаться, но только на определенном расстоянии от других частиц. Все еще существует сила притяжения, свободно удерживающая их вместе. Поскольку частицы в жидкости расположены дальше друг от друга, объем вещества в жидкой фазе больше, чем его объем в твердой фазе.
Газ
•••YuriyS / iStock / Getty Images
Форма и объем газа определяются формой и объемом его контейнера. Однако, в отличие от твердого вещества, газ улетучивается, если на его контейнере нет крышки. Частицы в газе обладают большой свободой движения и не имеют упорядоченного расположения. Это связано с тем, что силы, притягивающие эти частицы друг к другу, слабые или отсутствуют в газовой фазе. Частицы газа обладают большой кинетической энергией, которая постоянно передается между частицами, когда они движутся и сталкиваются друг с другом.
Переход
•••mbudley / iStock / Getty Images
Фазовые переходы происходят из-за изменений температуры, хотя на них также влияет атмосферное давление. Твердое тело становится жидкостью, когда оно нагревается до точки плавления, когда тепло дает частицам достаточно энергии, чтобы ослабить их структуру и стать жидкостью. В точке кипения тепло дает частицам в жидкости достаточно энергии, чтобы те, кто находится на поверхности жидкости, покинули структуру и испарились, перемещаясь в воздух в виде газа. Низкое атмосферное давление позволяет жидкости закипать при более низкой температуре. Чтобы газ превратился в жидкость, он должен достаточно остыть, чтобы частицы потеряли энергию и конденсировались; образуя достаточно плотные связи, чтобы удерживать жидкую форму. Чтобы жидкость стала твердой, она должна замерзнуть, чтобы частицы обладали очень малой энергией и стягивались вместе очень прочными связями.