Todas las sustancias pasan por transiciones de fase con temperaturas crecientes. A medida que se calientan, la mayoría de los materiales comienzan como sólidos y se funden en líquidos. Con más calor, hierven en gases. Esto sucede porque la energía de las vibraciones de calor en las moléculas domina las fuerzas que los mantienen unidos. En un sólido, las fuerzas entre las moléculas las mantienen en estructuras rígidas. Estas fuerzas se debilitan mucho en líquidos y gases, permitiendo que una sustancia fluya y se evapore.

Transición de fase

Los científicos llaman a los sólidos, líquidos y gases las fases de una sustancia. Cuando se derrite, se congela, hierve o se condensa, sufre una transición de fase. Aunque muchas sustancias tienen comportamientos de transición de fase similares, cada una tiene un conjunto único de temperaturas y presiones que determinan en qué punto se derrite o hierve. Por ejemplo, el gas de dióxido de carbono se congela directamente en el hielo seco a menos 109 grados Fahrenheit a presiones normales. Tiene una fase líquida solo a altas presiones.

Calor y temperatura

A medida que calientas un sólido, su temperatura aumenta constantemente. Cada grado de aumento de temperatura consume aproximadamente la misma cantidad de energía térmica. Sin embargo, una vez que alcanza su punto de fusión, la temperatura permanece estable hasta que toda la sustancia se derrite. Las moléculas toman energía extra, llamada calor de fusión, para licuar. Toda la energía en este punto se usa para hacer que la sustancia sea líquida. Lo mismo sucede con los líquidos hirviendo. Requieren energía, llamada calor de vaporización, para hacer la transición a gas. Una vez que toda la sustancia hace la transición, más energía aumenta la temperatura otra vez.

Fusión

Las fuerzas entre las moléculas, incluida la fuerza de dispersión de Londres y el enlace de hidrógeno, forman cristales y otras formas sólidas cuando las temperaturas son lo suficientemente bajas. La fuerza de las fuerzas determina la temperatura de fusión. Las sustancias con fuerzas muy débiles se derriten a bajas temperaturas; fuerzas fuertes requieren altas temperaturas. Si aplica suficiente energía térmica, eventualmente todas las sustancias se derriten o hierven.

Boiling

Los mismos mecanismos que gobiernan la fusión se aplican a la ebullición. Las moléculas en un líquido tienen fuerzas débiles que las mantienen unidas. El calor hace que vibren fuertemente y se alejen del resto. En un líquido en ebullición, algunas moléculas tendrán energías relativamente bajas, la mayoría tienen un rango promedio de energías y algunas tienen energías lo suficientemente altas para escapar completamente del líquido. Con más calor, más moléculas escapan. En la fase gaseosa, ya no hay moléculas ligadas entre sí.