Aggregatzustand

Dieser Artikel gehört zu dem Fach Physik und kann dem Thema Wärmelehre zugeordnet  werden. Wir erklären Dir, was ein Aggregatzustand ist und welche verschiedenen  Aggregatzustände es gibt. Außerdem zeigen wir Dir anhand des Beispiels Wasser, wie sich ein Aggregatzustand verändern und in einen anderen übergehen kann.

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Diagramm der Übergänge 

Schmelzwärme berechnen + Rechenbeispiel

Verdampfungswärme berechnen + Rechenbeispiel

Ein mal für 1l Wasser  berechen

Verdunsten

Sublimieren

18:29 27.07.2021

Was ist ein Aggregatzustand?

Hast du schon einmal beobachtet, wie ein Eiswürfel nach und nach kleiner wird und am Ende  nur noch flüssiges Wasser übrig bleibt? Das Eis ändert dabei seinen Aggregatzustand. Der Aggregatzustand beschreibt den physikalischen Grundzustand eines Stoffes, welcher sich durch  Änderungen des Drucks oder der Temperatur, also durch Wärme, verändern kann.

• Aggregatzustand = physikalischer Grundzustand eines Stoffes 
• Veränderung des Aggregatzustandes durch Druck- und Temperaturveränderungen sowie Wärme 

Wie heißen die 3 Aggregatzustände? 

Die meisten Stoffe kommen in verschiedenen Aggregatzuständen vor. Grundsätzlich  unterscheidet man die drei natürlichen Grundformen: fest, flüssig und gasförmig. Am Beispiel  des Wassers kannst Du Dir die Aggregatzustände besser vorstellen. Liegt Wasser in einem  festen Zustand vor, sprechen wir von Eis. Flüssiges Wasser kennen wir als Leitungswasser oder  zum Beispiel als Regen. Und die dritte Grundform ist gasförmiges Wasser, welches auch als  Wasserdampf bekannt ist.  

Was hat die Brownsche Molekularbewegung damit zu tun? 

Alle Stoffe bestehen aus zahlreichen Molekülen. Diese Moleküle befinden sich in ständiger,  ungeordneter Bewegung, welche als Brownsche Molekularbewegung bezeichnet wird. Je  höher die Temperatur eines Stoffes ist, desto stärker bewegen sich die Moleküle. So lassen sich  die Unterschiede zwischen unterschiedlichen Aggregatzuständen durch die Unterschiede im  molekularen Aufbau und den innermolekularen Kräften (Zusammenhalt der Moleküle  untereinander) erklären.

Quelle: Schmidt C., Dietrich L. (2014) Materie und ihre Eigenschaften. In: Chemie für Biologen. Springer  Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-55424-7_3

 

Welche Eigenschaften haben die drei Aggregatzustände? 

Die Aggregatzustände hängen von unterschiedlichen Faktoren hab. Zum einen von Temperatur  und Druck aber auch von dem Stoff selbst und von seinen individuellen Eigenschaften.  Chemisch gesehen bleibt der Stoff unverändert, lediglich seine physikalischen Bedingungen  ändert sich.

Wann ist ein Stoff fest?

Wann ist ein Stoff flüssig?

Bei Temperaturen zwischen 0° C und 100°C liegt Wasser in einem flüssigen Aggregatzustand  vor. Flüssiges Wasser verändert zwar seine Form, indem es sich stets an die Umgebung anpasst,  sein Volumen bleibt dabei aber unverändert. Wenn Du zum Beispiel Wasser aus einer Flasche  in ein Glas umschüttest, merkst du, dass die Menge an Wasser (also das Volumen) gleichbleibt.  Es passt sich lediglich der Form des Glases an. Da die Bewegung so zwischen den Teilchen sehr  stark ist, reicht die Wechselwirkung nicht mehr aus, sie an ihrem Platz zu halten. Die Moleküle  können sich daher verschieben und sind nicht mehr ortsfest. Jedoch kann trotz einer ständigen  Rotationsbewegung eine Anordnung der Moleküle festgestellt werden.

• Bewegung: nicht ortsfest, können sich verschieben 
• Anziehung: Bewegung ist so stark, dass Wechselwirkung nicht mehr ausreichend ist,  um Teilchen an ihrem Platz zu halten 
• Anordnung: trotz ständiger Rotationsbewegung kann Anordnung festgestellt werden
• Abstand: Abstand ist etwas größer, Teilchen hängen weiter aneinander 

Wann ist ein Stoff gasförmig?

Erreicht Wasser eine Temperatur von über 100°C, beginnt es zu verdampfen und erreicht den  gasförmigen Aggregatzustand. Wird das Wasser gasförmig, ändert es sowohl seine Form als  auch sein Volumen. Beispielsweise verbreitet sich Wasserdampf, der nach dem Abkochen von  Wasser im Wasserkochen entstanden ist, im ganzen Raum. Da die Bewegungsenergie sehr hoch  ist, können sich die Teilchen nicht mehr zusammenhalten und bewegen sich sehr schnell.  Außerdem ist ihre Anordnung aufgrund der ständigen Bewegung ungeordnet.

• Bewegung: Teilchen schnell in Bewegung 
• Anziehung: Bewegungsenergie so hoch, dass die Teilchen nicht mehr zusammenhalten • Anordnung: aufgrund der Bewegung sind die Teilchen ungeordnet 
• Abstand: durch die schnelle Bewegung sind die Teilchen weit voneinander entfernt

Wie verändert sich ein Aggregatzustand?

Du hast bereits erfahren, dass Faktoren wie Druck und Temperatur die verschiedenen  Aggregatzustände beeinflussen. So können sich die Aggregatzustände verändern und  ineinander übergehen. Wird einem festen Stoff, zum Beispiel Eis, Wärme zugefügt, beginnt er  zu schmelzen, sofern der Schmelzpunkt bei 0°C erreicht ist. 

Die Moleküle in flüssigem Wasser  sind viel beweglicher als die im festen Eis. Die Anziehungskraft zwischen ihnen ist nach wie vor  hoch, aber sie können sich relativ frei bewegen. Umgekehrt erstarrt flüssiges Wasser, wenn es  von dem flüssigen Aggregatzustand in den festen Aggregatzustand, also in Eis übergeht. Wenn  flüssigem Wasser so viel Wärme zugeführt wird, dass es über 100°C heiß wird, verdampft es  und liegt dann als gasförmiges Wasser oder Wasserdampf vor. Die Moleküle bewegen sich sehr  unregelmäßig und stoßen sich daher ständig gegenseitig an. Dadurch wird Bewegungsenergie  übertragen. Einige Moleküle sind dann in der Lage, die Anziehungskräfte der Teilchen zu  überwinden, und in die Umgebung auszutreten. 

Umgekehrt bewegen sich die Moleküle bei  Abkühlung langsamer und kondensieren. Wasserdampf verwandelt sich hierbei wieder in flüssiges Wasser. Dabei wird die Energie, die bei der Verdunstung aufgewendet wurde wieder  freigesetzt. Die außergewöhnlichste Veränderung des Aggregatzustandes liegt vor, wenn Eis  direkt in gasförmiges Wasser übergeht. Hierbei sublimiert Wasser. Umgekehrt vom  gasförmigen zum festen Aggregatzustand resublimiert das Wasser. Die folgende Abbildung  verbildlicht die Veränderung der Aggregatzustände noch einmal:

Aggregatzustand – Alles Wichtige auf einen Blick: 

Wenn ein Stoff in einem festen Aggregatzustand vor, behält dieser sowohl sein Volumen als  auch seine Form. Die Moleküle schwingen in einem Feststoff daher um eine räumlich feste  Position und weisen eine strenge Anordnung auf. Die Anziehungskraft zwischen den Teilchen  ist sehr stark und sie liegen dicht aneinander. Man spricht hier auch von einer Gitterstruktur  der Moleküle. Wasser liegt in einem festen Aggregatzustand vor, wenn die Temperatur unter  0°C sinkt.

• Bewegung: wenig in Bewegung, schwingen um feste Position 
• Anziehung: sehr stark 
• Anordnung: regelmäßig durch schwache Bewegung und festen Zusammenhalt  • Abstand: eng beieinander durch starke Anziehung