เฟสของแข็ง ของเหลว และแก๊สของสสาร

วัสดุมีลักษณะเป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ แต่ละรูปแบบเหล่านี้เรียกว่าเฟสของสสาร ในแต่ละเฟส อนุภาคของสสารมีพฤติกรรมแตกต่างกันมาก สารสามารถเปลี่ยนจากเฟสหนึ่งไปอีกเฟสหนึ่งได้ผ่านสิ่งที่เรียกว่าการเปลี่ยนเฟส การเปลี่ยนเฟสเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

เมื่อวัสดุอยู่ในสถานะของแข็ง โมเลกุลจะถูกยึดเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา รูปร่างและปริมาตรของของแข็งมักจะคงที่ แรงที่ดึงดูดอนุภาคเข้าหากันนั้นมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษในของแข็ง ทำให้พวกมันอยู่ใกล้กันในตำแหน่งเฉพาะ ช่วยป้องกันไม่ให้ของแข็งแตกหรือถูกบีบอัด ความหนาแน่นของวัสดุที่เป็นของแข็งจะเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า ยิ่งอุณหภูมิเย็นลง การสั่นสะเทือนของอนุภาคก็จะยิ่งอ่อนลง ซึ่งทำให้รวมตัวกันแน่นยิ่งขึ้น ของแข็งสามารถจำแนกได้เป็นผลึก โดยมีอนุภาคจัดเรียงอย่างแน่นหนาในรูปแบบทางเรขาคณิต หรืออาจจัดเป็นของแข็งอสัณฐาน คริสตัลในของแข็งอสัณฐาน เช่น ดินเหนียว มีการจัดเรียงอย่างหลวมๆ และสุ่มมากขึ้น ทำให้รูปร่างของวัสดุเปลี่ยนแปลงได้

•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images

ในสถานะของเหลว อนุภาคที่ประกอบเป็นสสารจะมีอิสระในการเคลื่อนไหวมากขึ้น การเคลื่อนไหวนี้เกิดขึ้นได้จากอนุภาคที่ได้รับพลังงานความร้อน รูปร่างของของเหลวถูกกำหนดโดยรูปร่างของภาชนะ แม้ว่าอนุภาคในของเหลวจะไม่เกาะติดกันแน่นเหมือนอนุภาคในของแข็ง แต่สารที่เป็นของเหลวก็ไม่สามารถบีบอัดได้ อนุภาคของเหลวมีพลังมากกว่าอนุภาคที่เป็นของแข็ง และสามารถเคลื่อนที่ไปรอบๆ ได้ แต่อยู่ห่างจากอนุภาคอื่นๆ ในระยะที่กำหนดเท่านั้น ยังคงมีแรงดึงดูดจับพวกมันไว้อย่างหลวมๆ เนื่องจากอนุภาคจะแยกออกจากกันในของเหลว ปริมาตรของสารในสถานะของเหลวจึงมากกว่าปริมาตรในสถานะของแข็ง

•••รูปภาพ YuriyS / iStock / Getty

รูปร่างและปริมาตรของก๊าซถูกกำหนดโดยรูปร่างและปริมาตรของภาชนะบรรจุ อย่างไรก็ตาม ก๊าซจะหนีออกมาได้หากไม่มีฝาบนภาชนะซึ่งแตกต่างจากของแข็ง อนุภาคในแก๊สมีอิสระในการเคลื่อนไหวอย่างมากและไม่มีการจัดวางอย่างเป็นระเบียบ เนื่องจากแรงที่ดึงดูดอนุภาคเหล่านี้เข้าหากันนั้นอ่อนหรือขาดหายไปในสถานะก๊าซ อนุภาคก๊าซมีพลังงานจลน์จำนวนมาก ซึ่งจะถูกส่งผ่านอย่างต่อเนื่องระหว่างอนุภาคขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ไปรอบๆ และชนกัน

•••mbudley / iStock / Getty Images

การเปลี่ยนเฟสเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ แม้ว่าจะได้รับอิทธิพลจากความดันบรรยากาศด้วย ของแข็งจะกลายเป็นของเหลวเมื่อถูกทำให้ร้อนจนถึงจุดหลอมเหลว ซึ่งความร้อนจะให้พลังงานแก่อนุภาคเพียงพอที่จะทำให้โครงสร้างคลายตัวและกลายเป็นของเหลว ที่จุดเดือด ความร้อนจะทำให้อนุภาคในของเหลวมีพลังงานเพียงพอสำหรับผู้ที่อยู่บนพื้นผิวของของเหลวเพื่อหนีจากโครงสร้างและกลายเป็นไอ โดยเคลื่อนที่ไปในอากาศในรูปของก๊าซ ความดันบรรยากาศต่ำทำให้ของเหลวเดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่า เพื่อให้ก๊าซกลายเป็นของเหลว ก๊าซจะต้องเย็นพอที่อนุภาคจะสูญเสียพลังงานและควบแน่น สร้างพันธะให้แน่นพอที่จะจับเป็นของเหลวได้ เพื่อให้ของเหลวกลายเป็นของแข็ง จะต้องแข็งตัวเพื่อให้อนุภาคมีพลังงานน้อยมาก และถูกดึงเข้าด้วยกันโดยพันธะที่แน่นหนามาก