Erfahre mehr über die Aggregatzustände, Schmelztemperatur und Siedetemperatur
Ein Material – verschiedene Zustände
Bei Raumtemperatur haben die meisten Stoffe einen bestimmten Aggregatzustand. Wasser ist zum Beispiel Flüssig, Kupfer ist fest und Helium gasförmig. Durch Veränderung von Druck oder Temperatur, kann dieser Aggregatzustand aber auch verändert werden.
Insgesamt unterscheiden wir drei verschiedene Zustände: fest, flüssig und gasförmig. Darüber hinaus gibt es noch andere Aggregatzustände, die aber nur sehr selten auftreten und im Alltag praktisch keine Rolle spielen. Dazu gehören das Plasma, das in Blitzen und in der Sonne vorkommt und die Bose-Einstein-Kondensate. Sie existieren nur bei extrem niedrigen Temperaturen.
In festen Materialien, wie einem Stück Eis oder einem Stein, sind die Teilchen (Atome, Moleküle oder Ionen) sehr dicht zusammengepackt. Sie können ein bisschen schwingen, aber sie bewegen sich nicht wirklich von ihrem Platz. Deshalb behalten feste Stoffe ihre Form und ihr Volumen bei, egal wo wir sie hinlegen. Die Teilchen in Flüssigkeiten, wie Wasser aus dem Wasserhahn oder Saft in einem Glas, sind dagegen ein bisschen lockerer angeordnet. Die Teilchen sind nicht so dicht gepackt wie in Feststoffen und können sich um ihre Nachbarteilchen herum bewegen. Deshalb können Flüssigkeiten ihre Form ändern, um ein Gefäß zu füllen. Ihr Volumen bleibt dabei aber gleich. Die Teilchen von Gase, wie die Luft, die wir atmen, oder der Dampf, der aus einem kochenden Wasserkessel kommt, bewegen sich noch freier. Sie sind weit voneinander entfernt und bewegen sich in alle Richtungen. Ein Gas hat weder eine feste Form noch ein festes Volumen und kann sich ausdehnen oder zusammenziehen, um den verfügbaren Raum zu füllen.
Stoffe können aber auch von einem Zustand in einen anderen übergehen. Diese Veränderungen werden als Phasenübergänge bezeichnet. Ein Eiswürfel, der schmilzt, ist ein Beispiel dafür. Hier geht der Eiswürfel vom festen in den flüssigen Zustand über, ein Prozess, der als Schmelzen bezeichnet wird. Wenn das Wasser dann erhitzt wird, beginnt es zu sieden und wird zu Dampf oder Wasserdampf. Das ist der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Das wird als Verdampfen bezeichnet.
Wir können den Prozess aber auch umkehren. Wenn Dampf abkühlt, wird er zu flüssigem Wasser. Dies ist der Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand. Man nennt das Kondensation Und wenn das Wasser weiter abkühlt und gefriert, wird es wieder zu Eis. Dies ist der Übergang vom flüssigen in den festen Zustand, das Erstarren. Es gibt auch direkte Übergänge, bei denen die Materie einen Zustand überspringt. Wenn ein Feststoff direkt zu einem Gas wird, nennt man das Sublimation. Und wenn ein Gas direkt zu einem Feststoff wird, nennt man das Resublimation. Trockeneis, das eigentlich gefrorenes Kohlendioxid ist, sublimiert bei Raumtemperatur, weshalb es oft in Nebelmaschinen verwendet wird, um “Rauch” zu erzeugen.
Bei all diesen Übergängen spielt die Temperatur eine wichtige Rolle. Der Schmelzpunkt ist die Temperatur, bei der ein fester Stoff beginnt zu schmelzen und in einen flüssigen Zustand übergeht. Der Siedepunkt ist die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit zu sieden beginnt und zu einem Gas wird. Bei Wasser beträgt der Schmelzpunkt zum Beispiel 0 Grad Celsius und der Siedepunkt 100 Grad Celsius. Aber diese Temperaturen können sich ändern, je nachdem, unter welchem Druck das Wasser steht. Bei höherem Druck, wie in einem Druckkochtopf, siedet das Wasser bei einer höheren Temperatur.
Bei den Phasenübergängen spielt die Energie eine Rolle. Beim Schmelzen und Verdampfen wird Energie aufgenommen. Dies geschieht, weil die Teilchen mehr Energie benötigen, um sich frei zu bewegen. Bei der Kondensation und beim Gefrieren wird Energie freigesetzt. Hier geben die Teilchen Energie ab, wenn sie wieder in einen weniger beweglichen Zustand übergehen.
Experimentiere doch einmal selbst und mache einen Versuch mit Eiswürfeln. Wenn du die Eiswürfel in einem Topf schmelzen lässt und den Topf noch weiter erhitzt, dann fängt das Wasser an zu kochen und es entsteht Wasserdampf. Du kannst dabei alle 3 Aggregatzustände des Wassers beobachten.