Als Aggregatzustände bezeichnet man die drei Zustandsformen fest, flüssig und gasförmig von Stoffen. Die drei Zustandsformen unterscheiden sich in der Bewegung und der Anordnung der kleinsten Teilchen, d.h. Atome und Moleküle. Wasser kann als Schnee, in Tropfenform und als Dampf erscheinen. Schmelzen - erstarren, verdampfen - kondensieren und sublimieren - resublimieren beschreiben die Übergänge zwischen den Aggregatzuständen.

In unserem Alltag können wir Wasser je nach Temperatur und Druck in den drei Aggregatzuständen fest, flüssig oder gasförmig beobachten und sprechen dann von Eis als gefrorenem Wasser, dem flüssigen Wasser selbst und ‚Dampf‘.

Image Title

Image Title

Image Title

Gasförmiges Wasser ist unsichtbar. Nebel und Wolken werden erst dadurch sichtbar, weil es ein Gemisch aus Gasen und winzigen (flüssigen) Wassertropfen ist, die sich als Ergebnis der Kondensation bilden. Wolken können zusätzlich noch Eiskristalle enthalten. Ein weiteres Beispiel ist das Sieden von Wasser im Kochtopf oder eine Tasse mit heißem Tee oder Kaffee. Das Wasser verdunstet und - aufgrund der Raumtemperatur - kondensiert das Wasser wieder. Dabei beobachten wir den weißen Wasserdampf.

Als Abkürzungen werden die jeweiligen Anfangsbuchstaben g, fl, f verwendet. Es ist auch üblich die ersten Buchstaben der englischen Bezeichnungen zu verwenden: g (gaseous), l (liquid) und s (solid).

Zustände im Teilchenmodell

Die drei Zustandsformen fest, flüssig und gasförmig lassen sich durch die Ordnung der kleinsten Teilchen erklären. Die Veränderung der Temperatur führt zu einer Änderung der Bewegungsenergie der Teilchen. Bei zunehmender Temperatur wird ihre Bewegung stärker, bei abnehmender Temperatur schwächer.

fest

Die Teilchen nehmen feste Plätze ein und liegen sehr dicht aneinander. Sie bewegen sich geringfügig.

flüssig

Die Teilchen nehmen keine festen Plätze ein, sie sind gegeneinander beweglich.

gasförmig

Die Teilchen sind frei beweglich, ihre Abstände sind sehr groß.

Fest

Flüssig

gasförmig

Plasma - der vierte Aggregatzustand

Häufig wird auch von einem vierten Aggregatzustand gesprochen, dem Plasma. Man bezeichnet damit einen Stoff, dessen Bestandteile teilweise oder vollständig in Ionen und Elektronen „aufgeteilt“ sind.

Plasma lässt sich durch starkes Erhitzen von gasförmigen Stoffen oder mit Hilfe von elektrischen Feldern erzeugen.

Die Eigenschaften von Plasma lässt sich nicht genau festlegen, da es in Abhängigkeit von Bedingungen der Umgebung (Temperatur, Feldstärken) sehr unterschiedlich sein kann.

Plasma kann man zum Beispiel natürlich in folgenden Naturphänomen beobachten:

Blitze

Blitze

Polarlicht

Polarlicht

Sonnenatmosphäre

Sonnenatmosphäre

Technisch gibt einige Anwendungen, in denen Plasma erzeugt wird. Die bekannste ist sicher die Gasentladungslampe, wie bei Leuchtstoffröhren oder Energiesparlampen. Dabei wird ein gasförmiger Stoff (Quecksilberdampf, Neon, Argon, o.ä.) durch elektrische Spannung ionisiert.

Energiesparlampe

Aggregatzustände des Wassers

Eiskristalle faszinieren durch ihre Symmetrie. Im festen Zustand sind es starke Anziehungskräfte, die die kleinen Wasserteilchen in straffer geometrischer Ordnung zusammenhalten.

Form und Volumen sind gleichbleibend. Erwärmt man eine feste, kristalline Substanz langsam, so bricht die ursprüngliche Ordnung zusammen. Die Substanz ist geschmolzen, die Pracht des Kristalls verschwunden.

Image Title

Image Title

Im flüssigen Zustand des Wassers werden die Teilchen durch mäßig starke Anziehungskräfte locker zusammengehalten. Die Form ist veränderlich und passt sich dem Gefäß an, das Volumen ist gleichbleibend. Wassertropfen lassen ahnen, dass es Kräfte gibt, die ein völliges Auseinandergleiten verhindern. Erwärmt man eine flüssige Substanz langsam, so bricht die ursprüngliche Ordnung zusammen. Die Substanz ist verdampft, die Tropfen sind verschwunden.

Im gasförmigen Zustand bewegen sich selbstständige Teilchen, Form und Volumen ist veränderlich. Sie „huschen“ völlig frei und unabhängig voneinander umher, ihre Abstände zwischen ihnen sind riesig im Vergleich zu ihrer eigenen Größe. Diese große Bewegungsenergie bekommt jeder schmerzhaft beim Kontakt mit Wasserdampf zu spüren, die Wasserteilchen haben eine Geschwindigkeit von ca. 660 Meter pro Sekunde.

Image Title

Änderung des Aggregatzustands

Image Title

Schmelzen, der Übergang von fest zu flüssig

Im festen Zustand liegen die kleinen Teilchen an festen Plätzen vor und bewegen sich nur wenig. Bei zunehmender Temperatur wird die Teilchenbewegung stärker. Schließlich wird das Schwingen der Teilchen um ihre Plätze so stark, dass sie sich von diesen Plätzen lösen. Beim Erreichen der Schmelztemperatur sind sie gegeneinander beweglich. Der Stoff schmilzt und wird flüssig.

Image Title

Verdampfen, der Übergang von flüssig zu gasförmig

Im flüssigen Zustand können sich die kleinen Teilchen gegeneinander bewegen, sind aber dicht nebeneinander. Bei zunehmender Temperatur wird die Teilchenbewegung stärker. Schließlich wird die Bewegung der Teilchen so stark, dass sie sich voneinander lösen. Zwischen ihnen treten große Abstände auf, der Stoff siedet. Er verdampft und wird gasförmig.

Image Title

Sublimieren, der Übergang von fest zu gasförmig

Im festen Zustand schwingen die kleinen Teilchen an ihren festen Plätzen, sie bewegen sich nur wenig. Diese Schwingungen können aber beim Erhitzen so stark werden, dass einzelne von ihnen den Teilchenverband direkt verlassen können. Der Stoff sublimiert. Er geht direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über, ohne zwischendurch flüssig zu werden.

Image Title

Resublimierenen, der Übergang von gasförmig zu fest

Im gasförmigen Zustand bewegen sich die Teilchen gegeneinander mit großer Geschwindigkeit. Zwischen ihnen befinden sich große Abstände. Sinkt dieTemperatur, wird die Teilchenbewegung geringer. Hierbei nehmen die kleinen Teilchen feste Plätze ein und schwingen nur noch um diese Stellen. Der Stoff ist fest geworden. Man sagt, er ist resublimiert.

Image Title

Kondensieren, der Übergang von gasförmig zu flüssig

Mit großer Geschwindigkeit bewegen sich im gasförmigen Zustand die kleinen Teilchen gegeneinander, zwischen ihnen befinden sich große Abstände. Bei abnehmender Temperatur verringert sich die Teilchenbewegung. Schließlich wird die Bewegung der Teilchen so klein, dass sie sich aufgrund der Kräfte, die zwischen ihnen wirken, dicht beieinander befinden. Der Stoff kondensiert. Der Stoff wird flüssig.

Image Title

Erstarren, der Übergang von flüssig zu fest

Im flüssigen Zustand bewegen sich die kleinen Teilchen auf unterschiedlichen Bahnen gegeneinander. Bei abnehmender Temperatur wird die Teilchenbewegung geringer. Schließlich ist die Bewegung so klein, dass die Teilchen wegen der Kräfte, die zwischen ihnen wirken, feste Plätze einnehmen und nur noch um diese Stelle schwingen. Sie ordnen sich an, der Stoff erstarrt, er wird fest.


Quellenangabe:

Kommentieren Kommentare