Что происходит с твёрдыми, жидкими и газообразными веществами при их нагревании?

Кратко: при нагревании частицы во всех агрегатных состояниях двигаются активнее, средняя кинетическая энергия растёт, вещества в большинстве случаев расширяются и могут переходить в другое состояние (плавление, кипение, сублимация).

Чуть подробнее по каждому состоянию:

Твёрдые тела

• Атомы/ионы сильнее колеблются в узлах кристаллической решётки → происходит тепловое расширение (длина и объём увеличиваются).

• Плотность обычно немного уменьшается; механические свойства меняются: твёрдость и прочность часто падают, пластичность растёт.

• При достижении температуры плавления решётка разрушается → вещество плавится (твёрдое → жидкое).

• Некоторые вещества могут сублимировать (твёрдое → газ, минуя жидкость), если давление и температура это позволяют (йод, сухой лёд).

• Исключения/особенности: у воды есть аномалия — лёд при плавлении уплотняется (поэтому лёд плавает).

Жидкости

• Частицы движутся быстрее, средние расстояния увеличиваются → объёмное расширение, плотность падает (у воды аномалия в районе 0–4 °C: при нагревании от 0 до 4 °C она уплотняется, дальше — как обычно, разрежается).

• Вязкость и поверхностное натяжение обычно уменьшаются.

• Давление насыщенного пара растёт; при достижении температуры, когда давление пара сравнивается с внешним, начинается кипение (жидкость → газ).

• Усиливаются испарение с поверхности и конвекция (перемешивание за счёт разницы плотностей).

• При очень высоких температурах возможны разложение и химические изменения.

Газы

• Молекулы летают быстрее; при постоянном давлении газ расширяется (увеличивает объём), при постоянном объёме — растёт давление (газовые законы Шарля и Гей-Люссака).

• Плотность уменьшается, вязкость и диффузия растут.

• Увеличиваются скорости химических реакций; при экстремальных температурах возможна ионизация и переход к плазме.

Фазовые переходы и энергия

• На участках фазовых переходов (плавление, кипение, сублимация) температура вещества не растёт, пока подводится тепло: энергия уходит на разрушение межчастичных связей (скрытая теплота).

• После завершения перехода дальнейший нагрев снова повышает температуру.

Итого: нагрев усиливает тепловое движение и обычно приводит к расширению и уменьшению плотности; при достижении характерных температур — к переходам между твёрдым, жидким и газообразным состояниями, причём на сам переход уходит тепло без роста температуры.