Hvad sker der, når der sker overgange mellem en fast, flydende og gas?

Alle stoffer går gennem faseovergange med stigende temperaturer. Når de opvarmes, starter de fleste materialer som faste stoffer og smelter ind i væsker. Med mere varme koger de i gasser. Dette sker, fordi energien af ​​varmevibrationer i molekyler overstyrer de kræfter, der holder dem sammen. I et fast stof holder kræfterne mellem molekylerne dem i stive strukturer. Disse kræfter svækker kraftigt i væsker og gasser, der tillader et stof at strømme og fordampe.

Faseovergang

Forskere kalder stoffer, væsker og gasser faser af et stof. Når det smelter, fryser, koger eller kondenserer, gennemgår det en faseovergang. Selv om mange stoffer har lignende faseovergangsadfærd, har hver et unikt sæt temperaturer og tryk, der bestemmer på hvilket tidspunkt det smelter eller koger. F.eks. Fryser kuldioxidgas direkte i tøris ved minus 109 grader Fahrenheit ved normale tryk. Den har kun en flydende fase ved høje tryk.

Varme og temperatur

Når du opvarmer et fast stof, stiger dens temperatur støt. Enhver grad af temperaturstigning tager omtrent samme mængde varmeenergi. Når det når sin smeltepunkt, forbliver temperaturen stabil indtil hele stoffet smelter. Molekylerne tager ekstra energi, kaldet fusionsvarmen, for at flydende. Al energien på dette tidspunkt går ud på at gøre stoffet til en væske. Det samme sker for kogende væsker. De kræver energi, kaldet fordampningsvarmen, for at gøre overgangen til gas. Når alt stof gør overgangen, øger mere energi temperaturen igen.

Smeltning

Forcer mellem molekyler, herunder London-spredningskraften og hydrogenbindingen, danner krystaller og andre faste former, når temperaturen er lav nok. Styrken af ​​kræfterne bestemmer smeltetemperaturen. Stoffer med meget svage kræfter smelter ved lave temperaturer; stærke kræfter kræver høje temperaturer. Hvis du anvender tilstrækkelig varmeenergi, smelter eller smelter alle stoffer i sidste ende.

Kogende

De samme mekanismer, der gælder for smeltning, gælder for kogning. Molekylerne i en væske har svage kræfter, der holder dem sammen. Varme får dem til at vibrere stærkt og flyve væk fra resten. I en kogende væske vil nogle molekyler have relativt lave energier, de fleste har et gennemsnitligt antal energier, og nogle få har energi nok til at undslippe væsken helt. Med mere varme undgår flere molekyler. I gasfasen er ingen molekyler bundet til hinanden mere.