Aineen olomuotoja ovat kiinteä, nestemäinen ja kaasumainen. Olomuodot sekä niiden muutokset riippuvat aineesta, lämpötilasta, tilavuudesta ja paineesta.
 
 

Olomuodon muuttuessa aineen molekyylirakenne muuttuu. Tässä muutoksessa joko vapautuu tai sitoutuu energiaa.
 

Sulaminen

Kiinteän aineen lämmetessä sulamispisteeseen sen molekyylien lämpöliike tulee niin voimakkaaksi, että kiderakenne rikkoutuu. Tällöin aine sulaa. Atomien välinen vetovoima ei kuitenkaan päästä niitä etääntymään toisistaan, joten olomuoto muuttuu kiinteästä nesteeksi. Sulamisen aikana aineen lämpötila ei muutu, koska systeemiin tuotu lämpöenergia kuluu kiderakenteen rikkomiseen. Siten sulaminen vaatii energiaa. Vastaavasti aineen jähmettyessä molekyylit järjestyvät kiderakenteeseen, ja lämpöenergiaa vapautuu.
 
 

Vasemmalla kiinteän aineen, oikealla nesteen kaksiulotteinen molekyylimalli. Kiinteässä aineessa atomien väliset vuorovaikutukset sitovat atomit tai molekyylit kiinteisiin tasapainoasemiin. Lämpötilan noustessa molekyylien värähtely tasapainoasemansa suhteen tulee lopulta niin voimakkaaksi, että säännöllinen kiderakenne rikkoutuu. Tällöin aineen olomuoto muuttuu nesteeksi. Nesteessäkään atomien välinen vetovoima ei päästä molekyylejä etääntymään toisistaan. Jähmettyessään aine järjestyy takaisin kiderakenteeseen, ja energiaa vapautuu.

Sulamiseen tarvittava lämpömäärä riippuu aineesta ja aineen määrästä. Ominaissulamislämpö s määritellään ainemäärän, jonka massa on m, sulattamiseen tarvittavan lämpömäärän Q ja massan suhteena:
 
 

Nesteen jähmettyessä vapautuu yhtä suuri lämpömäärä kuin tarvittiin sen sulattamiseen.
 

Höyrystyminen

Kun neste lämpenee höyrystymispisteeseen, sen rakenneosasten lämpöliike voimistuu niin suureksi, että nopeimmat niistä pystyvät irtautumaan nesteen rakenneosasten välisestä vetovoimakentästä. Tällöin neste höyrystyy. Höyrystymisen aikana aineen lämpötila ei muutu, koska systeemiin tuotu lämpöenergia kuluu nestemolekyylien irrotustyöhön. Siten höyrystyminen vaatii energiaa. Vastaavasti höyryn tiivistyessä nesteeksi vapautuu energiaa.
 
 

Vasemmalla nesteen, oikealla kaasun kaksiulotteinen molekyylimalli. Nesteessä atomien välinen vetovoima ei päästä molekyylejä etääntymään toisistaan. Lämpötilan noustessa lämpöliike kasvaa kuitenkin niin voimakkaaksi, että nopeimmat molekyylit pystyvät irtautumaan nesteen rakenneosasten välisestä vetovoimakentästä.

 Kuten sulamisessa, myös höyrystymisessä tarvittava lämpömäärä riippuu aineesta ja aineen määrästä. Ominaishöyrystymislämpö r määritellään ainemäärän massan m ja höyrystymiseen tarvittavan lämpömäärän Q suhteena:

Höyryn tiivistyessä nesteeksi vapautuva lämpömäärä on yhtä suuri se, joka tarvittiin kyseisen nestemäärän höyrystämiseen.

Sulattamiseen tarvittavaa lämpömäärää nimitetään sulamislämmöksi, höyrystymiseen tarvittavaa lämpömäärää höyrystymislämmöksi. Yhteiseltä nimeltään niitä kutsutaan latenttilämmöiksi (latentti = piilevä).
 

Faasikaaviot

Kaikilla aineilla on kolme olomuotoa: kiinteä, nestemäinen ja kaasumainen. Kulloinenkin olomuoto riippuu lämpötilasta ja paineesta. Aineen eri olomuotojen kuvaamiseen käytetään (T,p) koordinaatistoon piirrettyä faasikaaviota. Jokaiselle aineelle on oma faasikaavionsa, josta käy ilmi kyseisen aineen olomuoto tietyssä lämpötilassa ja paineessa sekä olomuodon muutosten riippuvuus lämpötilasta ja paineesta.
 
 

Hiilidioksidi:  Vesi:

Vasemmalla hiilidioksidin, oikealla veden faasikaavio. Kaavioihin on merkitty kolmoispisteen ja kriittisen pisteen kohdalle kyseisiä pisteitä vastaavat lämpötilan ja paineen arvo.

Paineen SI-järjestelmän mukainen yksikkö on pascal (Pa). Sen lisäksi käytetään usein myös baaria (bar). Pascalit ja baarit voidaan muuntaa toisikseen niiden välisen riippuvuuden 1 bar = 100000 Pa  mukaisesti.

Mikäli lämpötila ja paine vastaavat jotain olomuotojen rajakäyrän pistettä, aine voi esiintyä kyseisissä olosuhteissa kummassakin olomuodossa. Kiinteän aineen ja nesteen välistä rajakäyrää nimitetään sulamiskäyräksi, nesteen ja kaasun välistä käyrää höyrystymiskäyräksi. Kiinteän aineen ja kaasun välistä rajakäyrää kutsutaan sublimoitumiskäyräksi. Rajakäyrät kohtaavat toisensa kolmoispisteessä. Kyseistä pistettä vastaavissa olosuhteissa aine voi esiintyä yhtä aikaa kaikissa kolmessa olomuodossaan. Kolmoispisteet ovat aineelle ominaisia ja puhtailla aineilla luonnonvakioita. Kuvan faasikaavioiden mukaisesti veden kolmoispiste (T,p) on piste (0,01 °C, 6 mbar) ja hiilidioksidin ( -57 °C, 5,2 bar).

Höyrystymiskäyrä päättyy kriittiseen pisteeseen. Kyseistä pistettä korkeammissa lämpötiloissa kaasu ei enää nesteydy puristamalla, sillä jos painekin on kriittistä pistettä korkeampi, ei kaasumaisen ja nestemäisen olomuodon välillä ole enää selvää rajaa. Tällaisessa tilassa olevan aineen olomuotoa nimitetään toisinaan juosteeksi tai fluidiksi.
 

Esim. 3
Kalorimetrissä on 300 g vettä lämpötilassa 18 °C. Siihen tuodaan 50,0 g jäärouhetta, jonka lämpötila on -2 °C. Millainen on systeemin saavuttama tasapainotila?

 
Kalorimetrin lämpökapasiteetti .

Ratk.

Jään ominaislämpökapasiteetti   ja lämpötila .
Jään sulamislämpö .

Veden ominaislämpökapasiteetti   ja lämpötila .

Olkoon systeemin loppulämpötila t.

Jään lämmittämiseksi sulamispisteeseen 0 ° C tarvitaan lämpömäärä:

Koko jäämäärän sulattamiseen tarvittava lämpömäärä:

Sulamisen jälkeen kalorimetrissä on vettä 50 g lämpötilassa 0 ° C ja 300 g lämpötilassa .

Lasketaan, paljonko kalorimetri ja 18 ° C vesi jäähtyivät luovuttaessaan jään lämpenemiseen ja sulamiseen tarvittavan lämpömäärän:

toisaalta

Siten lämpötilaksi  saadaan:

Kalorimetri ja 300 g vettä, jonka lämpötila on 14,014 ° C, luovuttavat yhtä suuren lämpömäärän, kuin 50 g vettä, jonka lämpötila on 0 ° C, vastaanottaa:

Vast: Lopussa kalorimetrissä on 350 g vettä lämpötilassa 12,1 ° C.

Esim. 4
Kalorimetrissä on 200 g jäätä lämpötilassa -4 ° C. Sinne johdetaan 50 g höyryä, jonka lämpötila on 100 ° C. Millainen on systeemin saavuttama tasapainotila?

 
Kalorimetrin lämpökapasiteetti .

Ratk.

Jään ominaislämpökapasiteetti   ja massa .

Jään sulamislämpö .

Veden ominaislämpökapasiteetti .

Veden höyrystymislämpö  ja höyryn massa .

Kalorimetrin lämpökapasiteetti .

Jään ja kalorimetrin lämmittämiseen sekä jään sulattamiseen tarvittava lämpömäärä:

.

Lämpömäärä, jonka höyry luovuttaa tiivistyessään vedeksi:

.

Kalorimetri ja 200 g vettä, jonka lämpötila on 0 ° C, lämpenevät lämpömäärän  verran. Muodostetaan tämän tiedon perusteella yhtälö, ja ratkaistaan siitä kyseisen lämpömäärän aikaan saama lämpötilan muutos Dt :

.

Kalorimetrissä on siten 200 g vettä lämpötilassa 50,144 ° C ja 50g vettä lämpötilassa 100 ° C. Vesimäärien välinen lämpötilaero tasoittuu, ja myös kalorimetrin lämpeneminen on huomioitava:

 
 
 

  Vast: Lopussa kalorimetrissä on 250 g vettä lämpötilassa 59,7 ° C.