Aggregatzustand
Schlagwörter: Aggregatzustand, Aggregatszustände, fest, flüssig, gasförmig, Volumen, Dichte, Schmelzen, Erstarren, Verdampfen, Verdunsten, Kondensieren, Sublimieren, Resublimieren
Alle Stoffe können in verschieden Zuständen auftreten. In Abhängigkeit vom Stoff und den äußeren Bedingungen (Temperatur und Druck) können Stoffe die Zustände fest, flüssig und gasförmig annehmen.
Am einfachsten können wir das bei Wasser beobachten. Bei normalem Druck nimmt Wasser unter 0°C den festen Zustand an (Eis).
Oberhalb von 0°C schmilzt das Eis. Es wechselt in den flüssigen Zustand (Wasser). Über 100°C verdampft das Wasser, es nimmt den gasförmigen Zustand an (Wasserdampf).
Hinweis: Wasserdampf können wir nicht sehen. Er wurde hier nur aus Gründen der Darstellung mit eingezeichnet.
Um Eis zu schmelzen oder Wasser zu verdampfen, müssen wir dem System Energie zuführen.
- Schmelzwärme
- Verdampfungswärme
Wenn Wasserdampf kondensiert, oder Wasser erstarrt, dann wird Energie frei.
- Kondensationsenergie
- Erstarrungsenergie
Alle 4 Energieformen sind signifikante Größen, die wir auch in unserem Alltag erleben und nutzen. Ein Beispiel dafür ist das Schwitzen.
Eigenschaften der Aggregatzustände
Bevor wir die einzelnen Aggregatzustände und deren Übergänge betrachten, wollen wir noch einmal den mikroskopischen Einfluss der Temperatur wiederholen.
Die Temperatur ist ein Maß für die Bewegung der Teilchen. Je höher die Temperatur, desto schneller schwingen die Teilchen.
Der Stoff hat eine geringe Temperatur (kleiner als der Schmelzpunkt).
Die Teilchen schwingen nur wenig und liegen dicht beieinander. Zwischen den Teilchen wirken starke Bindungskräfte.
Feste Körper haben eine Form. Aus dieser Form können sie nur durch äußere Kräfte gebracht werden.
Beispiel: Ein Eiswürfel mit der Kantenlänge 3cm kann nicht durch einen Flaschenhals mit dem Durchmesser 2cm gepresst werden. Dazu müssten wir den Eiswürfel zerbrechen.
Der Stoff hat eine etwas höhere Temperatur (zwischen Schmelz- und Siedepunkt). Die Teilchen schwingen stärker und der Abstand zwischen ihnen ist etwas größer. Zwischen den Teilchen wirken schwache Bindungskräfte, daher können die Teilchen gegeneinander verschoben werden. Die Gewichtskraft der Flüssigkeit reicht aus, um die Teilchen so zu verschieben, dass Flüssigkeiten die Form ihres Gefäßes annehmen können.
Beispiel: Wasser nimmt die Form des Gefäßes an. Auch wenn das Gefäß (z.B. Kaffeekanne) sich im inneren aufteilt.
Der Stoff hat eine hohe Temperatur (größer als die Siedetemperatur). Die Teilchen schwingen stark und der Abstand zwischen ihnen ist groß. Zwischen den Teilchen wirken kaum noch Bindungskräfte, daher können die Teilchen den gesamten Raum einnehmen.
Beispiel: Wenn Wasser verdampft, dann verteilt es sich im ganzen Raum. Wir können das nach dem Duschen oder Kochen beobachten. Die Spiegel, Fliesen und Fenster sind beschlagen. Hier hat sich der Wasserdampf niedergeschlagen und ist kondensiert. Wir können kleine Wassertröpfchen beobachten.
Die Abbildung ►07 zeigt, wie sich Eiswürfel in einer Kaffeekanne verteilen würden. Im festen Zustand passen die Eiswürfel nicht in die Auslauftülle. Im flüssigen Zustand befindet sich der Wasserspiegel in Kanne und Tülle auf gleicher Höhe.
Im gasförmigen Zustand nimmt der Wasserdampf den ganzen Raum ein, der ihm zur Verfügung steht.
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