Физическое или агрегатное состояние материи характеризуется ее определенными свойствами при конкретных условиях (давлении и температуре). То есть она может быть твердой, жидкой или газообразной. Изменение агрегатных состояний вещества приводит к изменению его физические свойства (плотность, энтропия, свободная энергия). Находясь в твердом состоянии, оно способно сохранять фиксированный объем и форму. Перейдя в жидкость, при том же объеме, меняет форму, приспосабливаясь к сосуду или емкости. Будучи газообразным, это же вещество не сохраняет не только форму, но и объем, так как, расширяясь, заполняет все пространство.
Например, агрегатное состояние воды может быть твердым, жидким или газообразным. При этом химическая формула (H2O) и состав молекулы (два водородных атома и один кислородный атом) не меняются. При температурах от 0 °С и ниже она находится в твердом состоянии и называется льдом. От 0 °С и до 99,944 °С представляет собой бесцветную (для малых объемов) прозрачную жидкость, не имеющую запаха и вкуса. При температуре 99,944 °С переходит в газовую фазу и называется водяным паром. На этом примере видно, что агрегатное состояние вещества меняется при изменении внешних условий. В данном случае при почти не изменяющимся давлении окружающей среды, но изменении температуры, лед плавится при 0 °С и превращается в воду, а та кипит при 99,944 °С и, испаряясь, превращается в пар.
Вода, можно сказать, отличается по своим свойствам, находясь в разных агрегатных состояниях. Плотность льда равняется 0,917 г/см³, жидкой воды при стандартных условиях 0,9982 г/см³, водяного пара (также при стандартных условиях) — менее 0,001 г/см³. Динамическая вязкость воды при температуре плавления льда (температуре замерзания воды) равна: μ = 1,793·103 Па·с, а при 20 °С динамическая вязкость воды составляет: μ = 1,003·10ˉ³ Па·с. Таким образом, агрегатное состояние вещества и его свойства меняются при фазовом переходе. Это переход характеризуется температурой плавления (из твердой материя становится жидкой), равной температуре кристаллизации (жидкость затвердевает), и температурой кипения (жидкость переходит в газ), равной температуре конденсации (газ становится жидкостью).
Следует подчеркнуть, что агрегатное состояние вещества зависит и от его состава. Так, например, при одинаковых внешних условиях различные вещества отличаются своими свойствами. При стандартных условиях вода H2O — это жидкость. Водород H2 и кислород O2 — это газы. Железо Fe — твердое тело (его температура плавления 1538,9 °C, температура кипения 2860,9 °C). Но одно и то же агрегатное состояние для разных веществ может иметь некоторые сходства.
Например, для газов характерны сравнительно малые силы межмолекулярного взаимодействия. Поэтому их молекулы находятся друг от друга на больших расстояниях. В результате газы способны сильно сжиматься. Молекулы газов постоянно двигаются, а движение является хаотичным. Именно это объясняет способность газообразных веществ заполнять равномерно весь объем, им предоставленный: газы приобретают форму и объем емкости, в которой они находится.
Жидкости между газообразными и твердыми веществами занимают промежуточное положение. С повышением температуры, они большей становятся похожими на газы, а с понижением температуры, они больше напоминают твердые вещества. Молекулы жидкостей более плотно размещаются благодаря заметным силам притяжения между ними. Рентгенографические исследования их показали, что они имеют некоторые зачатки, напоминающие кристаллическое строение.
Твердые вещества имеют всегда определенные формы и объемы. Чтобы их изменить, необходимо затратить усилие, так как молекулы, атомы и ионы прочно связаны между собой. Частицы твердой материи не могут свободно перемещаться, так как сохраняют взаимное расположение и около центров равновесия совершают упорядоченные колебания. Известно два состояния твердых тел — аморфное и кристаллическое. Кристаллы последнего характеризуются определенной для них формой. Например, кристаллы натрия хлорида NaCl напоминают по форме куб, калия нитрата KNO3 — призму и так далее. Структура аморфных — это беспорядочно сагрегатированные молекулы. В отличие от кристаллических веществ, которые плавятся при определенной температуре, аморфные характеризуется широким интервалом температуры плавления. Иногда их рассматривают, как жидкость с очень высокой вязкостью. При изменении условий, в которых происходит застывание вещества, оно может получиться, как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии.
Агрегатное состояние вещества иногда описывают, как плазму или жидкие кристаллы. Но это не совсем корректное определение. Вопрос требует отдельного и более подробного изучения, поэтому в данной статье это состояние материи не затронуто.
