Die Aggregatzustände
Festes Eis
Ob als riesiger Eisberg, als gefrorener See oder als kleiner Eiswürfel in deinem Getränk – Wasser, dessen Temperatur unter 0 Grad Celsius (°C) sinkt, gefriert und erstarrt zu Eis.
Man spricht dabei von Wasser in festem Aggregatzustand. Eis ist nicht verformbar und hat ein nahezu festes Volumen.
Flüssiges Wasser
Bei Temperaturen zwischen 0 und 100 °C hat Wasser einen flüssigen Aggregatzustand.
Ebenso wie im Eis ist auch das Volumen von Wasser fest, jedoch passt sich die Form des Wassers stets an seine Umgebung an.
Gasförmiger Wasserdampf
Fügt man Wasser genügend Energie in Form von Wärme zu, entsteht Wasserdampf. Die Temperatur, bei der das Wasser verdampft und somit einen gasförmigen Aggregatzustand annimmt, liegt bei 100 °C.
In diesem Zustand sind weder das Volumen noch die Form des Stoffes fest. Vielmehr verteilt sich der Wasserdampf komplett im Raum, der zur Verfügung steht.
Fest, flüssig oder gasförmig
Im Alltag macht man sich wenig Gedanken darüber, wie unterschiedlich Wasser aussehen kann – es kann flüssig aus der Leitung kommen, gasförmig, wenn Wasser verdampft oder im Sommer als Eiswürfel in der Cola.
Physikalisch gesehen sind das die verschiedenen Aggregatzustände von Wasser: Als Eis nimmt es einen festen, als Wasser einen flüssigen und als Wasserdampf einen gasförmigen Zustand ein. Das sind auch die drei klassischen Aggregatzustände. Die meisten Stoffe kommen in verschiedenen Aggregatzuständen vor. Welcher gerade vorliegt, hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab: vom Stoff selbst und seinen individuellen Eigenschaften, von der Temperatur und vom Umgebungsdruck.
Chemisch bleibt der Stoff derselbe – es ändern sich nur die physikalischen Bedingungen und damit der Aggregatzustand. Wie lassen sich die Unterschiede zwischen diesen drei Zuständen gut beschreiben? Das geht recht einfach mit den Begriffen Volumen und Form:
- Ein fester Stoff hat in der Regel ein nahezu festes Volumen und eine feste Form. Sie lassen sich nur schwer verformen.
- Ein flüssiger Stoff hat auch ein festes Volumen, aber keine feste Form. Vielmehr passt er sich immer der Form der jeweiligen Umgebung an.
- Ein gasförmiger Stoff hingegen hat weder ein festes Volumen noch eine feste Form – er verteilt sich immer komplett in dem Raum, der zur Verfügung steht.
Prinzipiell lässt sich sagen: Wenn ein Stoff seinen festen Zustand hat, ist auch die Dichte am größten – und als Gas ist die Dichte am niedrigsten.
Veränderung des Aggregatzustandes
Um von einem in den anderen Aggregatzustand zu wechseln, ist die Aufnahme oder die Abgabe von Energie notwendig.
Beispiel:
Wird eine Wachskerze angezündet, wird Energie zugeführt – das Wachs wechselt seinen Aggregatzustand und wird flüssig. Überhaupt spielt die Temperatur eine wichtige Rolle bei diesem Thema.
Die verschiedenen Aggregatzustände
Am Beispiel des Wassers lassen sich die einzelnen Vorgänge gut erfassen (Achtung: Alle Werte in der Tabelle gelten für normalen Luftdruck von einem bar. Steigt man auf hohe Berge, sinkt der Luftdruck und das Wasser siedet früher, in Mexiko City auf 2 300 Meter Höhe etwa bei 93 Grad Celsius (°C)):
schmelzen
Eis schmilzt, wenn die Temperatur über 0 °C steigt (= Schmelztemperatur). Diese Wärme ist als Energie notwendig.
erstarren
Wasser wird zu Eis, wenn die Temperatur unter 0 °C sinkt – Energie wird abgeführt und das Wasser gefriert.
Übrigens, kennst du die „Dichteanomalie“ des Wassers? Diese ist der Grund dafür, dass sich Wasser beim Frieren ausdehnt.
verdampfen
Wasser verdampft, wenn genügend Energie zugeführt wird. Dies passiert, wenn die Temperatur unter Normaldruck 100 °C erreicht (= Siedetemperatur). Das sieht man hervorragend, wenn Wasser in einem Kochtopf erhitzt wird.
kondensieren
Trifft Wasserdampf auf eine kalte Oberfläche, bilden sich Tropfen – das Wasser wechselt zurück in den flüssigen Zustand.
resublimieren
Der Aggregatzustand wechselt vom gasförmigen in den festen Zustand, ohne zwischendurch flüssig zu werden. Ein Beispiel dafür ist Raureif (fester Niederschlag), der sich an einem kalten Wintermorgen in der Natur bildet, denn aus dem in der Luft enthaltenen Wasserdampf werden sofort Eiskristalle.
sublimieren
Das ist der Übergang vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand. Ein Beispiel ist Wäsche, die bei Frost draußen trocknet. Das enthaltene Wasser wird zuerst zu Eis und sublimiert dann zu Wasserdampf. So wird die Wäsche im Winter draußen auch trocken!
