Kaj se zgodi pri prehodu snovi med trdnim, tekočim in plinom?

Vse snovi gredo skozi fazne prehode z naraščajočimi temperaturami. Ko se segrejejo, se večina materialov začne kot trdna snov in se stopi v tekočine. Z več toplote zavrejo v pline. To se zgodi, ker energija toplotnih vibracij v molekulah prevlada nad silami, ki jih držijo skupaj. V trdnem telesu jih sile med molekulami ohranjajo v togi strukturi. Te sile močno oslabijo v tekočinah in plinih, tako da snov lahko teče in izhlapi.

Znanstveniki trdne snovi, tekočine in pline imenujejo faze snovi. Ko se stopi, zmrzne, zavre ali kondenzira, gre za fazni prehod. Čeprav ima veliko snovi podobno vedenje faznega prehoda, ima vsaka edinstven nabor temperatur in tlakov, ki določajo, na kateri točki se stopi ali vre. Na primer, plin ogljikovega dioksida zmrzne neposredno v suh led pri minus 109 stopinjah Fahrenheita pri normalnih tlakih. Ima tekočo fazo samo pri visokih tlakih.

Ko se segrejete trdno snov, njena temperatura nenehno narašča. Vsaka stopnja dviga temperature vzame približno enako količino toplotne energije. Ko doseže svoje tališče, pa temperatura ostane enakomerna, dokler se vsa snov ne stopi. Molekule za utekočinjanje porabijo dodatno energijo, imenovano toploto fuzije. Vsa energija v tem trenutku porabi, da snov postane tekoča. Enako se zgodi pri vrenju tekočin. Za prehod na plin potrebujejo energijo, ki se imenuje toplota uparjanja. Ko vsa snov opravi prehod, več energije spet zviša temperaturo.

Sile med molekulami, vključno z londonsko disperzijsko silo in vodikovo vezjo, tvorijo kristale in druge trdne oblike, ko so temperature dovolj nizke. Moč sil določa temperaturo taljenja. Snovi z zelo šibkimi silami se topijo pri nizkih temperaturah; močne sile zahtevajo visoke temperature. Če uporabite dovolj toplotne energije, se sčasoma vse snovi stopijo ali zavrejo.

Za vrenje veljajo enaki mehanizmi, ki urejajo taljenje. Molekule v tekočini imajo šibke sile, ki jih držijo skupaj. Zaradi vročine močno zavibrirajo in odletijo od ostalih. V vreli tekočini bodo nekatere molekule imele sorazmerno nizke energije, večina jih ima povprečen obseg energij, nekaj pa jih bo imelo dovolj visoke energije, da bo tekočina v celoti ušla. Z več toplote uhaja več molekul. V plinski fazi nobena molekula ni več vezana ena na drugo.