Natur und Technik für den Pflichtschulabschluss: Aggregatzustände und ihre Änderungen

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Aggregatzustände[Bearbeiten]

Wasser kommt in der Natur in drei unterschiedlichen Formen vor. Es gibt das Wasser, das wir trinken, es gibt Wasser als Eis, wenn es sehr kalt ist, und auch als Wasserdampf, wenn wir das Wasser kochen. Das gleiche gilt für viele andere Stoffe. Alkohol und Benzin kann man auch kochen und einfrieren. Sogar Metalle, wie das Eisen, kann man schmelzen und, wenn die Temperatur extrem hoch ist, sogar „kochen“. Es gibt daher drei unterschiedlichen Formen, in denen sich ein Stoff befinden kann: fest, flüssig und gasförmig. Diese drei unterschiedlichen Formen nennt man in der Physik Aggregatzustände.

Was ist aber der Unterschied zwischen diesen Zuständen?

Man kann Unterschiede in den Eigenschaften feststellen (zweiter Teil der Tabelle). Im festen Zustand kann man die Form eines Stoffes schwer und sein Volumen kaum verändern. Eine Flüssigkeit kann zwar leicht ihre Form verändern und nimmt die Form des Behälters an, in dem sie sich befindet, ihr Volumen aber ist auch kaum veränderbar. Das kann man mit Hilfe einer Spritze voll mit Wasser feststellen, wenn man die Öffnung schließt und den Hebel zu drücken versucht. Wenn die Spritze nur Luft hat, dann kann man sie leicht zusammendrücken. Bei Gasen ist das Volumen leicht veränderbar. Man kann kaum mehr über eine Form sprechen, das Gas verteilt sich überall im Raum.

Aggregatzustand: fest flüssig gasförmig
Teilchen: Abstand: Nah zueinander Nah zueinander sehr weit auseinander
Geschwindigkeit: Schwingung fast freie Bewegung freie Bewegung
Zwischenkräfte: anziehend
ständig und stark
anziehend
vorläufig und stark
vorwiegend abstoßend
selten, nur bei Stoß
Eigenschaften: Form: schwer veränderbar form des Behälters keine
Volumen: kaum veränderbar kaum veränderbar leicht veränderbar

Diese Unterschiede kann man durch das sogenannte Teilchenmodell erklären. In diesem Modell nimmt man an, dass die Materie aus vielen kleinen Teilchen besteht. Bei festen Körpern sind diese Teilchen ganz nah beieinander. Sie bleiben an einer festen Stelle, sind stark durch Kräfte zu den anderen Teilchen gebunden und schwingen.

Je wärmer der Körper ist, desto mehr schwingen die Teilchen. Irgendwann wird die Schwingung zu stark und die Teilchen verlassen ihre feste Stelle. Die Kräfte zu den anderen Teilchen sind immer noch stark, die Teilchen können sich aber untereinander fast frei bewegen. Das ist die flüssige Phase. Wenn die Flüssigkeit noch wärmer wird, fliegen die Teilchen frei im Raum. Das ist der gasförmige Zustand. Es gibt keine Kraft mehr, die die Teilchen zueinander verbindet. Nur wenn sie einander stoßen, gibt es abstoßende Kräfte.

Aggregatzustandsänderungen[Bearbeiten]

Viele Stoffe werden flüssig, wenn sie aufgewärmt werden. Diese Aggregatzustandsänderung nennt man Schmelzen. Für das Schmelzen braucht man daher Energie.

Aggregatzustandsänderungen

Wenn wir eine Flüssigkeit weiter aufwärmen, dann wird sie gasförmig. Das erlebt man im Alltag, wenn man Wasser kocht. Das Wasser wird dann zum Wasserdampf. Diese Änderung braucht auch Energie und wird Verdampfen genannt.

Umgekehrt kann ein Gas flüssig werden. Wenn der Wasserdampf oder unserer Hauch an ein kaltes Fenster kommt, entsteht am Fenster flüssiges Wasser. Das Fenster wird dadurch wärmer. Diesen Übergang nennt man Kondensieren. Beim Kondensieren wird Energie freigesetzt.

Wenn das Wasser weiter kälter wird, wird es zum Eis. Das gilt für viele andere Stoffe auch. Diese Änderung nennt man Erstarren. Beim Erstarren wird Energie wieder freigesetzt.

Es gibt allerdings noch zwei Aggregatzustandsänderungen, die in der Natur selten vorkommen. Fest zum Gas, was man Sublimieren nennt, und Gas zum Fest, was man Resublimieren nennt.

Eine besondere Art von Änderung ist das Verdunsten. Wenn jemand den Boden wischst oder nach dem Regen auf der Straße, bleibt das Wasser nicht lang am Boden. Das Wasser wird nicht vom Boden absorbiert sondern verdunstet. In diesem Fall wird eine Flüssigkeit zum Gas. Es gibt aber einen Unterschied zum Verdampfen. Beim Verdampfen muss man das Wasser kochen, beim Verdunsten nicht.

Wie passiert das? Die Teilchen in jeder Flüssigkeit bewegen sich schneller, wenn die Temperatur höher wird. Nicht alle Teilchen aber haben die gleiche Geschwindigkeit. Manche sind langsamer, manche schneller. Manche sind sogar so schnell, dass sie die Flüssigkeit verlassen und in die Luft gelangen. Das nennt man Verdunsten. Verdunsten passiert bei allen Flüssigkeiten. Deshalb können wir sie auch riechen.

Die Temperatur, in der ein Stoff schmilzt, nennt man Schmelzpunkt, die Temperatur, in der ein Stoff verdampft, Siedepunkt.