SimplyScience: Fest, flüssig und gasförmig: die Aggregatzustände

Wenn Eis schmilzt, entsteht Wasser. Das weiss jeder, der schon einmal einen Eiswürfel in der Hand hatte. Andererseits: Wenn Wasser sehr heiss wird, fängt es an zu blubbern und es entsteht Wasserdampf. Das kennen wir auch, aus der Küche. Es muss sich also bei Eis, Wasser und Wasserdampf um den gleichen Stoff handeln. Anders gesagt: Eis ist nur eine mögliche Erscheinungsform von Wasser, und Wasserdampf ist die andere. Alles klar?

Die drei Aggregatzustände

In der Fachsprache bezeichnet man die drei Erscheinungsformen fest (das Eis), flüssig (das Wasser) und gasförmig (den Wasserdampf) zusammen als Aggregatzustände. Und was für das Wasser gilt, trifft auch für fast alle anderen Stoffe zu, wie zum Beispiel Eisen, Kupfer oder Sauerstoff.

Kristallgitter-Modell — Das Kristallgitter: ein Modell für die Position der Teilchen in einem festen Stoff. Bild: CanStockPhoto

Wovon aber hängt es ab, in welcher Erscheinungsform ein Stoff vorkommt? Der wesentliche Faktor – unter alltäglichen Bedingungen – ist die Temperatur! (Tief unten in der Erde, draussen im Weltall, aber auch im Labor spielt zusätzlich der Druck eine ebenso wichtige Rolle.)

Um das Phänomen der Aggregatzustände besser zu verstehen, machen wir einen kleinen Ausflug in die Chemie. Jeder Stoff besteht aus sehr kleinen Teilchen, den sogenannten Atomen. Ihr könnt sie euch erst einmal als kleine Kügelchen vorstellen. Diese Kugeln sind aber nicht ruhig, sondern befinden sich in ständiger Bewegung!

Schmelzen und Verdampfen

In einem festen Stoff – man sagt auch fester „Körper“ (das hat hier nichts mit dem menschlichen Körper zu tun) –, schwingen die Teilchen nur ganz wenig hin und her. Wie in einem Klettergerüst, bei dem man nur auf bestimmten Ecken sitzen darf, sitzen die Teilchen auf ihren Gitterplätzen. Wenn der Körper dann erwärmt wird, bekommen die Teilchen eine höhere Energie und fangen an, sich immer stärker zu bewegen.

Wassermoleküle: Modell — In einer Flüssigkeit bewegen sich die Teilchen stark hin und her, ohne dabei aber den Kontakt zu verlieren. Bild: CanStockPhoto

Bei einer gewissen Temperatur bewegen sie sich so stark, dass sie ihre Plätze verlassen, der Stoff bricht auseinander und geht in den flüssigen Zustand über: Er schmilzt. Jeder Stoff hat eine andere Schmelztemperatur, bei Eis zum Beispiel liegt sie ungefähr bei 0 Grad Celsius. Jetzt weisst du also, warum der Schnee (der aus kleinen Eiskristallen besteht) nicht mehr lange liegen bleibt, sobald das Thermometer über Null Grad steigt!

Betrachten wir jetzt noch einmal unser Wasser. Wenn wir es erwärmen, dann bewegen die Teilchen sich immer schneller, bis sie genug Energie haben, ganz voneinander weg zu laufen. Dieses Phänomen heisst Verdampfung. Sie geschieht je nach Stoff bei einer anderen Temperatur, der sogenannten Siedetemperatur.

Für Wasser ist die Siedetemperatur 100 Grad Celsius, das ist die Temperatur, bei der das Wasser anfängt zu kochen. Jetzt verstehst du auch, warum kochendes Wasser Blasen hat: Das sind genau die Teilchen, die gerade genug Energie haben, aus der Flüssigkeit zu entweichen. Jedes Mal, wenn eine Kochblase platzt, gelangen Teilchen in die Luft und du siehst sie als Dampf, also im gasförmigen Zustand.

Kondensieren und Erstarren

Die Teilchen in einem Gas bewegen sich frei und berühren sich nur selten. Bild: CanStockPhoto

In einem Gas schwirren die Teilchen ganz schnell herum. Wenn wir das Gas nun wieder abkühlen, dann geschieht gerade der umgekehrte Prozess: Die Teilchen kommen näher zusammen, bis der Stoff wieder flüssig ist; man sagt, er kondensiert.

Vielleicht hast du schon einmal beobachtet, wie im Winter die Autoscheiben von innen beschlagen. Da kühlt der heisse Dampf vom Ausatmen im Auto an der kalten Scheibe ab.

Genauso kann man eine Flüssigkeit nach und nach abkühlen, bis sie erstarrt, das heisst, bis wieder ein fester Körper entsteht. Hast du schon einmal Wasser in Förmchen in den Tiefkühler gestellt?

Merke also: Kondensieren und Erstarren sind die umgekehrten Vorgänge zu Verdampfen und Schmelzen!

Zum Schluss noch eine Denkfrage für dich: Gibt es auch einen direkten Übergang von festem Körper zum Gas, ohne dass der Stoff dazwischen flüssig wird? Die Antwort findest du unten.

Antwort

Bestimmte Feststoffe können direkt zu Gas werden!

Ein Beispiel dafür ist gefrorenes Kohlendioxid, besser bekannt als Trockeneis. Es wird unter anderem als Kühlmittel verwendet. Bei Temperaturen über -78 °C (also eigentlich überall ausser in einem sehr, sehr kalten Kühlraum!) schmilzt es nicht und wird flüssig, sondern wird direkt gasförmig. Dabei bildet es einen charakteristischen Nebel.

Man nennt diesen Übergang von fest zu gasförmig "Sublimation": Das Kohlendioxid "sublimiert".

Trockeneis, ein fester Stoff, wird bei Raumtemperatur direkt zu Gas. Bild: CanStockPhoto

Quelle: Redaktion SimplyScience.ch

Erstellt: 04.04.2016

Die drei Aggregatzustände

Schmelzen und Verdampfen

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Bestimmte Feststoffe können direkt zu Gas werden!

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