Aggregatzustand

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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.


 

george.bellamy@studysmarter.de

Diagramm der Übergänge 

Schmelzwärme berechnen + Rechenbeispiel

Verdampfungswärme berechnen + Rechenbeispiel

Ein mal für 1l Wasser  berechen

Verdunsten

Sublimieren

18:29 27.07.2021

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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: 


  • Ein Aggregatzustand ist der physikalische Grundzustand eines Stoffes, der sich durch  Temperatur-oder Druckänderungen verändern kann 
  • Die drei natürlichen Grundformen der Aggregatzustände sind: fest, flüssig und  gasförmig 
  • Brown’sche Molekularbewegung = die ständige, ungeordneter Bewegung der  Moleküle 
  • Je höher die Temperatur eines Stoffes, desto stärker bewegen sich die Moleküle 
  • Wie verändert sich ein Aggregatzustand
  • Schmelzen: Teilchenbewegung nimmt zu, Teilchen verlassen geordnete Position • Erstarren: Teilchenbewegung nimmt ab, Teilchen nehmen festen Platz ein • Verdampfen: Teilchenbewegung nimmt zu, Bindungen lösen sich 
  • Kondensieren: Teilchenbewegung nimmt ab, Kräfte wirken zwischen den Teilchen • Sublimation: Teilchen beginnen so stark zu schwingen, dass sie den Teilchenverband  direkt verlassen (von fest zu gasförmig ohne flüssig zu werden) 
  • Resublimation: Teilchenbewegung nimmt ab, Teilchen nehmen feste Plätze ein

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 


Finales Aggregatzustand Quiz

Frage

Was ist ein Aggregatzustand?

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Antwort

Der Aggregatzustand beschreibt den physikalischen Grundzustand eines Stoffes.


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Frage

Wie verändern sich Aggregatzustände?

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Antwort

Aggregatzustände verändern sich durch Änderungen des Drucks oder der Temperatur, also durch Wärme.

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Frage

Welche Aggregatzustände gibt es? 

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Antwort

Grundsätzlich unterscheidet man die drei natürlichen Grundformen: fest, flüssig und gasförmig. 


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Frage

Beispiel Wasser: Welche Aggregatzustände gibt es?

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Antwort

Beispiel Wasser:

  • Wasser in festem Zustand: Eis
  • Wasser in flüssigem Zustand: Leitungswasser oder Regen
  • Wasser in gasförmigem Zustand: Wasserdampf
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Frage

Was hat die Molekularbewegung mit dem Aggregatzustand zu tun?

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Antwort

Alle Stoffe bestehen aus zahlreichen Molekülen. Diese Moleküle befinden sich in ständiger, ungeordneter Bewegung, welche als Brown’sche 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.


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Frage

Von welchen Faktoren hängen die Aggregatzustände ab?

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Antwort

Die Aggregatzustände hängen von unterschiedlichen Faktoren ab: von 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.


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Frage

Welche Eigenschaften hat Stoff, der in einem festen Aggregatzustand vorliegt?

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Antwort

Ein Stoff, der in einem festen Aggregatzustand vorliegt, behält 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. 


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Frage

Unter welcher Bedingung liegt Wasser in einem festen Aggregatzustand vor?

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Antwort

Wasser liegt in einem festen Aggregatzustand vor, wenn die Temperatur unter 0°C sinkt.


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Frage

Welche Eigenschaften hat Stoff, der in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegt?

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Antwort

Ein Stoff, der in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegt, kann seine Form verändern und sich daher stets der Umgebung anpassen. Das Volumen bleibt dabei aber unverändert. Da die Bewegung 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. Trotz einer ständigen Rotationsbewegung kann eine Anordnung der Moleküle festgestellt werden.


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Frage

Unter welcher Bedingung liegt Wasser in einem festen Aggregatzustand vor?


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Antwort

Wasser liegt bei Temperaturen zwischen 0° C und 100°C in einem flüssigen Aggregatzustand vor. 

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Frage

Welche Eigenschaften hat Stoff, der in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegt?

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Antwort

Ein Stoff, der in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegt, kann sowohl seine Form als auch sein Volumen verändern. 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.


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Frage

Unter welcher Bedingung liegt Wasser in einem gasförmigen Aggregatzustand vor?



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Antwort

Wasser liegt in einem gasförmigen Aggregatzustand vor, wenn es eine Temperatur von über 100°C erreicht und zu verdampfen beginnt.

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Frage

Beschreibe die Vorgänge, wie Aggregatzustände ineinander übergehen.

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Antwort

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Frage

Was passiert mit den Molekülen in einem gasförmigen Aggregatzustand?

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Antwort


Die Moleküle in einem gasförmigen Aggregatzustand 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.


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Frage

Was passiert mit der Energie, die bei der Verdunstung aufgewendet wurde, wenn Wasser kondensiert? 

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Antwort

Bei der Kondensation wird die Energie, die bei der Verdunstung aufgewendet wurde wieder freigesetzt.


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