Az anyagok halmazállapotuk szerint háromfélék lehetnek:

• szilárd halmazállapotúak,
• folyékony halmazállapotúak és
• légnemű halmazállapotúak.

Miközben az anyag egyik halmazállapotból a másikba átalakul, a létrejövő változást nevezzük halmazállapot-változásnak.

Szilárd-folyékony átalakulás

A szilárd anyagok

melegítés és nagy nyomás

hatására olvadnak meg.

Olvadáskor bekövetkező anyagszerkezeti változás

I. szakasz

II. szakasz

III. szakasz

• Ha a folyadék hőmérsékletét csökkentjük, akkor csökken a folyadékban lévő részecskék mozgási energiája is.
• A kis energiájú részecskék összetapadásából kristálygócok alakulnak ki.
• Mivel a kristálygócoknak nagy a tömegük még kisebb lesz a sebességük.
• Ezekhez a kisebb sebességű és nagyobb tömegű kristálygócokhoz tapad hozzá a többi részecske.
• Így nő a kristálygócok mérete, végül egymáshoz érnek. Ekkor szilárdul meg az anyag.

Ha a folyadékban nem alakulnak ki kristálygócok, akkor elő lehet állítani a túlhűtött folyadékot. Ez olyan anyag, amely fagyáspont alatti hőmérsékleten is folyékony halmazállapotú.

A fagyás ugyanazon a hőmérsékleten játszódik le, mint az olvadás. Ezért minden anyag olvadáspontja megegyezik a fagyáspontjával.

Másrészt 1 kg szilárd anyag megolvasztásához ugyanannyi energiára van szükség, mint amennyi felszabadul, amikor 1 kg folyadék megfagy. Vagyis a fagyáshő az olvadáshő mínusz egyszerese.

A folyadékok minden hőmérsékleten párolognak. Magasabb hőmérsékleten intenzívebb a párolgás.
Párolgáskor csak a folyadék felszínéről távoznak el molekulák, míg forráskor a folyadék egészében keletkeznek gőzbuborékok.

Forráspont az a hőmérséklet, amikor a folyadék belsejében keletkező gőzbuborékok nyomása eléri a külső légnyomást. A forráspont hőmérsékletén a folyadék és a gőz egymással egyensúlyban vannak.

Tehát a folyadékok forráspontja függ a külső nyomástól. Nagyobb nyomáson adott folyadék magasabb hőmérsékleten kezd el forrni.
Ha a folyadékot melegítjük, akkor nő a hőmérséklete a forráspont eléréséig.

Amikor a folyadék eléri a forráspontot tovább nő a belső energiája, de ez az energia a részecskék közötti másodrendű kötőerők felszakítására fordítódik. (Latens hő)

A forráshő számértéke kifejezi, hogy 1 kg tömegű forrásponton lévő anyag elforralásához mekkora energia szükséges.

Amikor az összes másodrendű kötés felszakadt, további energia hatására a gőz tovább melegszik.

A forrás ellentétes folyamata a lecsapódás, idegen szóval kondenzáció.

1 kg forrásponton lévő anyag lecsapódásakor ugyanannyi energia szabadul fel, mint amennyi 1 kg forrásponton lévő folyadék elpárologtatásához szükséges.

.

• Ha T₁ hőmérsékleten a folyadékkal érintkező gőznek csökkentjük a térfogatát akkor a gőz Boyle-Mariott törvénye szerint viselkedik.
• Ez addig tart, amíg a gőz telítetté nem válik.
• Ha ilyenkor csökkentjük a térfogatát akkor a nyomás nem változik.
• Ez azért van, mert közben a telített gőz lecsapódik.
• Ha az összes gőz lecsapódott akkor további térfogatcsökkenés, óriási nyomásnövekedést okoz.
• Ha magasabb hőmérsékleten is elvégezzük ezt a folyamatot akkor a telített gőz térfogattartománya csökken.
• Lesz egy olyan hőmérséklet, illetve ami felett a gőz már nem cseppfolyósítható. Ezt kritikus hőmérsékletnek nevezzük. E fölött a légnemű halmazállapotú anyagot gáznak ez alatt gőznek nevezzük.

1. Forráspont függése a külső nyomástól
   
   • Forraljunk vizet azbeszthálóra helyezett, hosszú nyakú, álló gömblombikban! A forralást folytassuk néhány percig, hogy az edényben lévő levegőt a képződő vízgőz teljesen kiszorítsa! Vegyük el ezután a lombik alól a gázlángot, és egy gumidugóval zárjuk le légmentesen a lombikot! Öntsünk a lombikra hideg vizet! A hideg víztől lehűlt üvegfalon a vízgőz lecsapódik, és a nyomás lecsökken. A kisebb nyomáson - a még mindig meleg víz - újból intenzív forrásba jön.
   • A kriofor az ábrán látható olyan berendezés, amelyben két üveggömböt felül lévő nyílásuknál vízszintes üvegcső köt össze egymással. Az egyik üveggömbben a kísérlet indulásakor víz van, míg a cső és a másik üveggömb üres. Célszerű a vizet buborék- mentesíteni, és az összekötő csőben lévő levegő nyomását csökkenteni. Ha az üres üvegballont folyékony nitrogénbe helyezzük, akkor pár perc múlva jól látható, hogy a vizet tartalmazó, az előbbitől 20-25 cm távolságban lévő üveggömbben a víz előbb forrásba jön, majd a felszínén 4-5 mm vastag jégréteg képződik.

   Az edény üresnek látszó részén a víz telített gőze van. A hűtés hatására lecsapódott a gőz, a nyomás csökkent. Ekkor indul forrásnak a víz.  A gyors párolgás következtében a nagy energiájú molekulák eltávoznak. A visszamaradó folyadék hőmérséklete egyre csökken, végül megfagy. Így ennek hőmérséklete folyton csökken, míg végül megfagy.

   • A kuktában az étel, pl. hús rövidebb idő alatt megfő. Ennek az az oka, hogy a zárt edényben a gőz nyomása nagyobb, mint a külső légnyomás. Így a víz nem 100 °C-on forr, hanem magasabb hőmérsékleten. A magasabb hőmérsékletű folyadékban a hús hamarébb megfő.
2. Nyomás hatása az olvadáspontra
   
   • Egy nagyobb méretű jéghasábot támasszunk fel a két végén, vízszintes helyzetben! Vékony acéldrót két végére rögzítsünk egy-egy 10 kg-os testet, majd az így megterhelt drótot helyezzük az ábrán látható módon a jéghasábra!

   A drót lassan átvágja magát a jégtömbön. A jég a vékony huzal alatt megolvad, a drót lejjebb süllyed, majd a víz a drót fölött ismét jéggé fagy. Ezt a jelenséget nevezik regelációnak, avagy újrafagyásnak.

   • Hasonló jelenséget tapasztalunk korcsolyázáskor is. A nagy nyomás hatására a korcsolya éle alatt a jég megolvad, és a vízen csúszik szinte súrlódásmentesen a korcsolya.
3. A jég olvadáspontjának csökkentése

   Egy nagyobb főzőpoharat töltsünk meg félig olvadó jéggel! Ellenőrizzük hőmérővel, hogy a jég-víz elegy egyensúlyi hőmérséklete 0°C!
   Keverjünk az elegyhez több kisebb, egyenlő adagban konyhasót (NaCl)! Minden egyes adag után keverjük jól össze az anyagot, és határozzuk meg a hőmérsékletét!
   A só hozzáadására a jég-víz elegy hőmérséklete 0 °C alá süllyed. Az olvadáspont-csökkenés az adagolt só mennyiségével arányos.

   Magyarázat
   Kezdetben a víz és a jég egyensúlyban volt. Ezt az egyensúlyt megzavartuk azzal, hogy sót szórtunk a rendszerbe. A rendszer arra törekszik, hogy visszaálljon az egyensúly. Ezért egyre több jégnek kell felolvadni, hogy híguljon az oldat. Az olvadáshoz energiára van szükség, amit a rendszer csak a saját készletéből fedezhet. Ezért csökken a só hozzáadására a keverék hőmérséklete.

A Földet borító tengerek és óceánok víztömege a Föld tömegének 0,25%-a. Egy másik tény, hogy a Föld felszínének 1/3 részét víz borítja. A víz párolgása miatt mindig van vízgőz a levegőben. Csapadék csak a levegő lehűlésével képződhet, hiszen csak így válhat ki a nedvességtartalom. A víz körforgása a földfelszín feletti kb. 10 km magasságban, a troposzférában játszódik le.

A levegő felemelkedését általában a felmelegedés indítja meg.

A meleg levegő kitágul, térfogata megnő, sűrűsége csökken, ezért emelkedik a magasba. Az emelkedő levegő hőmérséklete 100 méterenként 1 °C-kal csökken, addig, amíg el nem éri a harmatpontot.

Harmatpont az a hőmérséklet, amelyen a gőz kicsapódása megkezdődik. Így a harmatpont hőmérséklete függ a levegő páratartalmától.

A harmatponton megkezdődik a felhőképződés, a nedvesség kicsapódása. Ilyenkor 100 méterenként már csak 0,5°C-kal csökken a hőmérséklet. Ennek az az oka, hogy a páratartalom kicsapódásakor hő szabadul fel, ami mérsékli a lehűlést.

Csapadék azokból a felhőkből hullhat, amelyben vízcseppek és jégkristályok is megtalálhatók. A vízcseppek fokozatosan hozzátapadnak a jégkristályokhoz, és amikor a jégkristály akkorára nő, hogy már nem tud a felszálló légáramlásban lebegni, kihull a felhőből. Így valamennyi csapadékfajta jégkristályként indul az útjára.

• Amennyiben a felszín felett lévő levegő hőmérséklete 0°C felett van, a jégkristályok megolvadnak, és eső formájában érkeznek a felszínre. Ilyenkor a vízcseppek mérete 0,7-4 mm átmérőjű.
• Amennyiben a felszín közelében fagyáspont alatt van a hőmérséklet, a jégkristályok nem olvadnak el, és hó formájában érkeznek a felszínre.
• Hódara: a hókristályokat a felhők vízcseppjei vonják be.
• Jégeső általában a legforróbb nyári napokon esik. Ekkor a felforrósodott felszín miatt a levegő nagyon gyorsan emelkedik, és hűl le. Így a páratartalma jég formájában csapódik ki. Ebben az esetben hiába van meleg a felszín közelében, ha a jéggömbök méretük miatt nem tudnak elolvadni a felszínre érkezésig. A jégeső okozta pusztítást úgy akadályozhatják meg, hogy ólom-jodid vagy ezüst-jodid kristályokat juttatnak a zivatarfelhőbe, amelyek kondenzációs magként működve megakadályozzák a nagyobb méretű jéggömbök képződését.

A földfelszín felett keletkező csapadékok

• Ködről akkor beszélünk, ha a vízgőz kicsapódása miatt talajközelben a látótávolság 1 km alá csökken. A köd tehát egy talaj közeli felhő.
• Harmat: az erős éjszakai kisugárzás miatt a lehűlt talajra vízcseppek csapódnak ki.
• Dér: Ha a hőmérséklet csökkenése tovább tart, akkor a kicsapódott vízcseppek megfagynak.
• Zúzmara: Hideg időben a ködöt alkotó vízcseppek túlhűlnek a levegőben, mivel nincs kondenzációs mag. Ha ezek a vízcseppek fagyáspont alatti tárgyakhoz érnek, akkor megkristályosodnak.