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Aggregatzustände

Aggregatzustände sind die so genannten Zustandsformen der Stoffe. In der Regel unterscheiden wir die Aggregatzustände gasförmig, flüssig und fest. Im Prinzip kann jeder Stoff jeden dieser Zustände einnehmen. Das hängt von den äußeren Bedingungen ab, im Besonderen Temperatur und Druck.

Im flüssigen Zustand können sich die Teilchen frei gegeneinander bewegen. Sie üben aber noch Kräfte aufeinander aus, so dass sie sich noch etwas festhalten und dadurch zusammenbleiben.

Im festen Zustand nehmen die Teilchen bestimmte Positionen in einem so genannten Kristallgitter ein. Sie bewegen sich hin und her, können ihre Plätze aber nicht verlassen.

Wir sind es gewöhnt, gewisse Stoffe uns als entweder fest, flüssig oder gasförmig vorzustellen. Wer würde z.B. bei dem Wort Wasser an einen Feststoff denken, oder an ein Gas? Wer würde bei dem Wort Eisen an eine Flüssigkeit denken? Und dennoch gibt es festes Wasser, das nennen wir dann Eis, oder gasförmiges Wasser, das nennen wir dann Wasserdampf. Und jeder, der einmal Bilder von einem Hochofen gesehen hat weiß, dass es auch flüssiges Eisen gibt. Wir wissen auch, was man tun muss, um aus flüssigem Wasser Eis herzustellen. Mann muss es in den Gefrierschrankt tun. Und um Wasserdampf herzustellen, muss man das Wasser kochen. Doch auch, wenn das Eis ganz anders aussieht als flüssiges Wasser, ist es noch immer Wasser. es hat keine chemische Reaktion stattgefunden. Aber was geschieht nun eigentlich bei der Umwandlung vom flüssigen Wasser zum Eis? Wir müssen uns vorstellen, dass die Teilchen eines Stoffes in ständiger Bewegung sind. Sie schwirren und zappeln hin und her, in alle Richtungen. Und das tun sie umso schneller, je heißer es ist. Wenn wir einen Stoff erwärmen, fügen wir einem Stoff Energie zu, so genannte Wärmeenergie. Diese Energie setzt sich in bewegungsenergie der Teilchen um. Und jetzt verstehen wir, je wärmer ein Stoff wird, desto mehr Bewegungsenergie haben die Teilchen und desto schneller bewegen sie sich. Umgekehrt verlieren die Teilchen diese Bewegungsenergie, wenn wir einen Stoff abkühlen. Je kälter ein Stoff wird, desto langsamer bewegen sich die Teilchen. Es ist sogar so, dass irgendwann die Teilchen ganz zum Stillstand kommen. Man kann den Stoff dann nicht weiter abkühlen, da Wärme, und damit Temperatur, nichts anderes ist als ein Maß für die Bewegung der Teilchen. so kann man schließen, dass es eine absolut niedrigste Temperatur geben muss, einen absoluten Nullpunkt.

Lord Kelvin war es, der als erster diese Theorie aufgestellt hat - das war 1848 -, und so ist nach ihm die so genannte Kelvinskala der Temperatur benannt worden.

Wir sind es gewohnt, die Temperatur in Grad Celsius (°C) anzugeben. Hier ist als Nullpunkt der Gefrierpunkt von Wasser gewählt worden. Der absolute Nullpunkt, den Kelvin eingeführt hat, liegt bei der unvorstellbaren Kälte von - 273,15°C. Also: - 273,15 °C sind 0 °K (Grad Kelvin) Glüchlicherweise ist die Gradeinteilung der Kelvinskala genauso wie bei der Celsiusskala, das heißt: ein Grad Kelvin ist genauso groß wie ein Grad Celsius. Nur die Skalen sind halt gegeneinander verschoben.

Stellen wir uns Wasser bei der Temperatur 0 °Kelvin, also -273,15 °C vor. Alle Teilchen sind bewegungslos. Sie sind fest in einem Kristallgitter angeordnet. Erwärmt man den Stoff nun, wird den Teilchen Energie zugeführt. Sie beginnen sich zu bewegen. Je Wärmer es wird, desto schneller bewegen sie sich, bleiben aber an ihren Gitterplätzen. Erst bei einer Temperatur von 273,15 °K, also 0 °C, bewegen sie sich so stark, dass sie ihre Gitterplätze verlassen und sich frei gegeneinander bewegen. Das Eis schmilzt.







Erhitzt man die Flüssigkeit dann weiter, werden die Teilchen immer schneller. Allerdings sind die Teilchen nicht alle gleich schnell. Manche sind langsamer, andere sind schneller. Manche Teilchen sind so schnell, dass sie die Flüssigkeit verlassen. Sie werden dann zu Wasserdampf.







Das geschieht bei jeder Temperatur. Je wärmer die Flüssigkeit wird, desto mehr Teilchen haben die nötige Geschwindigkeit, um die Flüssigkeit zu verlassen. Sie üben dabei einen Druck aus der Flüssigkeit heraus aus, den so genannten Dampfdruck Je wärmer die Flüssigkeit wird, desto höher wird dieser Dampfdruck. Wenn der Dampfdruck so groß ist wie der Außendruck (Luftdruck), können sich in der Flüssigkeit Blasen bilden. Die Flüssigkeit beginnt zu sieden.