Матеріали мають тверду, рідку та газоподібну форму. Кожна з цих форм відома як фаза речовини. У кожній зі своїх фаз частинки речовини поводяться дуже по-різному. Речовина може переходити від однієї фази до іншої через так званий фазовий перехід. Ці фазові переходи в основному є результатом температурних змін.
Тверді
Коли матеріал знаходиться в твердій фазі, молекули міцно зв’язані між собою. Форма та об’єм твердої речовини, як правило, фіксовані. Сили, які притягують частинки одна до одної, особливо сильні у твердих тілах, утримуючи їх близько в певних положеннях. Це допомагає запобігти розриву або стиску твердої речовини. Щільність твердого матеріалу зростає при нижчих температурах. Чим холодніша температура, тим слабкіші вібрації частинок, що змушує їх упаковуватися ще щільніше. Тверді речовини можна класифікувати як кристалічні, з частинками, розташованими щільно за геометричним малюнком, або класифікувати їх як аморфні тверді речовини. Кристали в аморфних твердих речовинах, таких як глина, розташовані більш вільно і випадково, що дозволяє змінювати форму матеріалу.
Рідина
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
У своїй рідкій фазі частинки, що входять до складу речовини, мають більшу свободу руху. Цей рух досягається за рахунок набуття частинками теплової енергії. Форма рідини визначається формою її ємності. Хоча частинки в рідині не зв’язані між собою настільки щільно, як у твердому, рідкі речовини не можуть стискатися. Частинки рідини більш енергійні, ніж тверді частинки, і можуть рухатися, але лише на певній відстані від інших частинок. Все ще існує сила притягання, яка утримує їх вільно. Оскільки частинки в рідині знаходяться далі один від одного, об’єм речовини в рідкій фазі більший за об’єм у твердій фазі.
Газ
•••YuriyS / iStock / Getty Images
Форма та об'єм газу визначається формою та об'ємом його ємності. Однак, на відміну від твердої речовини, газ буде виходити, якщо на його контейнері немає кришки. Частинки газу мають велику свободу руху і не мають упорядкованого розташування. Це пояснюється тим, що сили, які притягують ці частинки один до одного, слабкі або відсутні в газовій фазі. Частинки газу мають велику кінетичну енергію, яка постійно передається між частинками, коли вони рухаються навколо і стикаються одна з одною.
Перехід
•••mbudley / iStock / Getty Images
Фазові переходи відбуваються внаслідок зміни температури, хоча на них також впливає атмосферний тиск. Тверде речовина стає рідиною при нагріванні до температури плавлення, де тепло дає частинкам достатньо енергії, щоб послабити свою структуру і стати рідиною. При температурі кипіння тепло дає частинкам у рідині достатньо енергії, щоб ті, що знаходяться на поверхні рідини, виходили зі структури та випаровувались, рухаючись у повітря як газ. Низький атмосферний тиск дозволяє рідинам кипіти при нижчій температурі. Щоб газ став рідиною, він повинен охолонути настільки, щоб частинки втрачали енергію та конденсувались; утворюючи зв’язки, досить щільні, щоб утримувати рідку форму. Щоб рідина стала твердою речовиною, вона повинна замерзнути, щоб частинки мали дуже мало енергії і з’єднувались дуже щільними зв’язками.