W przyrodzie obserwujemy szereg zjawisk, jakie zachodzą przy zmianie stanu skupienia ciała. Są to:

  • Parowanie - przejście substancji ze stanu ciekłego do stanu gazowego. Zjawisko to spowodowane jest ucieczką cząsteczek cieczy do otoczenia. Przykładami tu może być parowanie wody z powierzchni gruntu, parowanie zbiorników wodnych, czy szkodliwe opary rtęci. Ucieczka cząsteczek jest bezpośrednio spowodowana pobieraniem energii z otoczenia, w wyniku czego mają na tyle dużą energię aby oderwać się od cieczy i zamienić w cząsteczki pary. Dla przykładu, aby wyparować 1 g wody o temperaturze 0oC należy dostarczy energii w ilości 597 kcal. To ile cieczy ulegnie wyparowaniu w jednostce czasu zależy od wielu czynników takich jak: temperatura otoczenia i cieczy, ciśnienie powietrza, wilgotność powietrza i jego prędkość ruchu. To jak dana ciesz szybko paruje także jest uzależnione od kilku czynników, szybkość ta wyraża się wzorem

gdzie:

p - aktualne ciśnienie pary bezpośrednio nad cieczą

p0 - ciśnienie pary nasyconej w określonej temperaturze

kB - stała Boltzmana

T - temperatura w Kelwinach

m - masa molowa cieczy

To co można powiedzieć o szybkości parowania analizując powyższy wzór to to, iż wysoka temperatura, oraz niskie ciśnienie powietrza powodują szybsze parowanie. Natomiast niższa temperatura i wyższe ciśnienie powodują wolniejsze parowanie cieczy.

Jeśli ciecz paruje nie tylko na powierzchni, ale także w całej swojej objętości, to jest to zjawisko wrzenia. Gdyby ciecz umieścić w próżni, szybkość parowania wtedy byłaby maksymalna. Za pomocą urządzenia o nazwie ewaporometru, można dokonać wszelkich pomiarów dotyczących parowania.

Zjawisko parowania, może każdy zaobserwować. Wystarczy postawić talerz z wodą np. na parapecie okna w upalny dzień. Po kilku godzinach talerz powinien być suchy - cała woda powinna wyparować.

Zjawiskiem przeciwnym parowaniu jest zjawisko kondensacji.

  • Kondensacja (skraplanie) - czyli przechodzenie substancji z postaci gazowej do postaci ciekłej. Gaz może zostać skroplony wskutek jego sprężania przy stałej temperaturze, lub jego ochładzania przy stałym ciśnieniu, a także na skutek jego rozprężania. Procesowi temu zwykle towarzyszy wydzielanie ciepła. Jednak aby skroplenie mogło zajść muszą być spełnione pewne warunki. W gazie muszą powstać pewne zarodki cieczy - pyłki, zawiesiny bądź jony. Dzięki nim mogą powstać tak zwane ośrodki kondensacji, pozwalające na wytworzenie stanu ciekłego. Jeśli jednak takie ośrodki nie powstają gaz przechodzi w stan pary przesyconej. Temperatura, przy której dochodzi do skroplenia, także nie może być dowolna, bowiem musi być niższa od temperatury krytycznej danej substancji.

Jako pierwsi skroplenie gazu przeprowadzili J. Clouet i G. Monge w 1780 r. Gazem który użyli był tlenek siarki SO. Jednak dopiero w ponad 100 lat później bo w 1883 dokonano pełnego skroplenia tlenu i azotu. A dokonali tego dwaj Polacy w Krakowie Z. Wróblewski i K. Olszewski. Nie trzeba było potem długo czekać, aby opracować metody techniczne pozwalające na szersze skraplanie gazów. Pierwszym który taką metodę opracował był C. Linde (1895 r.), do tego celu zastosował układ z tzw. dławieniem. Kolejne lata przyniosły coraz to lepsze udoskonalenia: w 1902 roku G. Claude i P Heylandt dołączyli do aparatury rozprężarkę, a w 1920 r. Heylandt dokonał pewnych uproszczeń przy skraplaniu, wykorzystując gaz o ciśnieniu 100-150 atmosfer i temperaturze jego otoczenia. Kolejne lata zaowocowały w systemy korzystające z tzw. układów wimikowych.

Przykładem skraplania wziętym z życia codziennego jest np. skraplanie się wody na pokrywce garnka.

  • Topnienie - jest to przejście ciała ze stanu stałego do stanu ciekłego. Proces topnienia charakteryzuje temperatura topnienia, która jest charakterystyczna dla każdej substancji - np. dla wody temperatura ta wynosi 0 0C. Proces topnienia wiąże się z pobieraniem przez ciało ciepła z otoczenia. Ciepło to jest odpowiedzialne za niszczenie struktury krystalicznej ciała stałego poprzez osłabianie wiązań pomiędzy atomami. W skutek czego przy określonej temperaturze, następuje drastyczna zmiana właściwości fizycznych substancji - gęstości, właściwości cieplnych czy mechanicznych. Istnieją dwa rodzaje topnień:

Topnienie kongruentne - gdy substancja w wyniku topnienia nie zmienia swojego składu

Topnienie niekongruentne - gdy ciało jeszcze zanim osiągnie temperaturę topnienia ulega zamianie na ciecz, której skład jest inny niż substancji wyjściowej.

Przykładem topnienia jest topnienie lodów którymi dzieci uwielbiają zajadać się w lecie.

Procesem odwrotnym do topnienia jest proces krzepnięcia.

  • Krzepnięcie - zamiana cieczy w ciało stałe. Zachodzi w charakterystycznej temperaturze, innej dla każdej substancji, (dla wody, w warunkach normalnych jest to 0 0C), temperatura ta zależy od ciśnienia pod jakim znajduje się ciecz.. Krzepnięciu towarzyszy oddawanie ciepła do otoczenia. Aby krzepnięcie mogło zajść w cieczy musza powstać "zarodki krystaliczne", dzięki którym może powstać sieć krystaliczna, czyli struktura ciała stałego. Gdy takich zarodków nie ma ciecz nie ulega krzepnięciu, a zamiast tego staje się cieczą przechłodzoną. Roztwory zwykle mają niższą temperaturę krzepnięcia, niż poszczególne ich składniki, przykładem może być tu woda z solą, która nie krzepnie w temperaturze 0 0C jak zwykła woda, ale w niższej.
  • Wrzenie - proces parowania cieczy w całej jej objętości. Jest to proces burzliwy i intensywny. We wnętrzu cieczy powstają pęcherzyki lub warstwy pary. Proces wrzenia zachodzi przy określonej stałej temperaturze, określanej także mianem temperatury cieczy. Temperatura ta jest równa temperaturze, kiedy ciśnienie pary nasyconej cieczy jest równe ciśnieniu zewnętrznemu. Temperatura wrzenia jest zależna od panującego ciśnienia, rośnie gdy i ciśnienie się zwiększa. Proces wrzenia cieczy jest przykładem przejścia fazowego pierwszego rodzaju. Temperatura wrzenia wody w warunkach normalnych wynosi 100 0C. Przykładem wrzenia jest gotowanie się wody w czajniku.