Hur påverkar temperaturen tillståndet?

Temperatur är ett mått på den genomsnittliga kinetiska energin för molekylerna i ett ämne och kan mätas med tre olika skalor: Celsius, Fahrenheit och Kelvin. Oavsett vilken skala som används visar temperaturen sin effekt på materia på grund av dess förhållande till kinetisk energi. Kinetisk energi är rörelsenergin och kan mätas som molekylers rörelse i ett objekt. Genom att undersöka effekterna av olika temperaturer på kinetisk energi identifieras dess effekter på olika tillstånd av materia.

Ett fast ämne består av molekyler som är tätt packade ihop, vilket ger objektet en stel struktur som är motståndskraftig mot förändringar. När temperaturen stiger börjar den kinetiska energin hos molekylerna i det fasta ämnet att vibrera, vilket minskar attraktionen hos dessa molekyler. Det finns en temperaturtröskel, kallad smältpunkt, vid vilken vibrationen blir tillräcklig för att få fastämnet att växla till vätska. Smältpunkten identifierar i sin tur också temperaturen vid vilken vätskan kommer att byta tillbaka till det fasta ämnet, så det är också fryspunkten.

I en vätska är molekyler inte så tätt komprimerade som i ett fast ämne och de kan röra sig. Detta ger vätska den viktiga egenskapen att kunna ta formen på behållaren i vilken den hålls. När temperaturen - och därmed den kinetiska energin - hos en vätska ökar, börjar molekylerna att vibrera snabbare. De når sedan en tröskel där deras energi blir så stor att molekylerna flyr ut i atmosfären och vätskan blir en gas. Denna temperaturgräns kallas kokpunkten om förändringen sker från vätska till gas när temperaturen ökar. Om förändringen sker från gas till vätska när temperaturen sjunker under den är det kondensationspunkten.

Gaser har den högsta kinetiska energin i alla tillstånd av materia och uppträder därmed vid de högsta temperaturerna. Att höja temperaturen på en gas i ett öppet system kommer inte att förändra materiets tillstånd ytterligare eftersom gasmolekylerna bara kommer att bli oändligt längre ifrån varandra. I ett slutet system kommer emellertid en ökning av gasstemperaturen att resultera i en ökning av trycket som beror på till att molekylerna rör sig snabbare och den ökade frekvensen för molekylerna som träffar sidorna av behållare.

Tryck är också en faktor när man undersöker effekterna av temperatur på de olika tillståndstillstånden. Enligt Boyles lag är temperatur och tryck direkt relaterade, vilket innebär att en ökning av temperaturen resulterar i en motsvarande ökning av trycket. Detta orsakas åter av ökningen av kinetisk energi associerad med ökande temperatur. Vid tillräckligt låga tryck och temperaturer kan fast material gå förbi vätskefasen och omvandlas direkt från ett fast ämne till en gas genom en process som kallas sublimering.