Aggregatzustände: fest, flüssig, gasförmig
Wasser kennt jeder als Eis, als Flüssigkeit und als Dampf – es ist immer derselbe Stoff, nur in einem anderen Aggregatzustand. Welcher es ist, hängt von Temperatur und Druck ab. Das Teilchenmodell erklärt, was dabei passiert.
Die drei Zustände im Teilchenmodell
| fest | flüssig | gasförmig | |
|---|---|---|---|
| Teilchen | dicht, fester Platz, schwingen nur | dicht, gegeneinander verschiebbar | weit voneinander entfernt, fliegen frei |
| Form | fest | passt sich dem Gefäß an | füllt jeden Raum aus |
| Volumen | fest | fest | veränderlich (zusammendrückbar) |
| Beispiel | Eis, Eisen, Holz | Wasser, Öl, Quecksilber | Luft, Wasserdampf, Helium |
Übergänge zwischen den Zuständen
| Übergang | Name | Beispiel |
|---|---|---|
| fest → flüssig | Schmelzen | Eis taut bei 0 °C |
| flüssig → fest | Erstarren (Gefrieren) | Wasser gefriert, Kerzenwachs wird fest |
| flüssig → gasförmig | Verdampfen (Sieden, Verdunsten) | Nudelwasser kocht bei 100 °C |
| gasförmig → flüssig | Kondensieren | beschlagene Brille, Tau am Morgen |
| fest → gasförmig | Sublimieren | Wäsche trocknet im Frost, Trockeneis |
| gasförmig → fest | Resublimieren | Raureif, Eisblumen am Fenster |
Merke
Zum Schmelzen und Verdampfen muss Energie zugeführt werden. Beim Erstarren und Kondensieren wird dieselbe Energie wieder abgegeben.
Die Erwärmungskurve von Wasser
Erwärmt man Eis gleichmäßig, steigt die Temperatur nicht immer weiter. Während des Schmelzens und Siedens bleibt sie stehen, obwohl Energie zugeführt wird:
Die Energie wird gebraucht, um die Teilchen voneinander zu lösen. Diese Schmelzwärme (Wasser: 334 kJ/kg) und Verdampfungswärme (Wasser: 2257 kJ/kg) ist überraschend groß: Um Wasser zu verdampfen, braucht man über fünfmal so viel Energie wie für das Erwärmen von 0 °C auf 100 °C.
Q = q · m q: spezifische Schmelz- bzw. Verdampfungswärme
Sieden hängt vom Druck ab
- Auf der Zugspitze (rund 700 hPa Luftdruck) siedet Wasser schon bei etwa 90 °C – Nudeln brauchen länger.
- Im Schnellkochtopf ist der Druck höher, Wasser siedet erst bei etwa 120 °C – das Essen gart schneller.
- Verdunsten ist etwas anderes als Sieden: Auch unter 100 °C lösen sich einzelne schnelle Teilchen von der Oberfläche. Dabei kühlt die Flüssigkeit ab – so funktioniert Schwitzen.
| Stoff | Schmelztemperatur | Siedetemperatur |
|---|---|---|
| Sauerstoff | −218 °C | −183 °C |
| Stickstoff | −210 °C | −196 °C |
| Ethanol | −114 °C | 78 °C |
| Quecksilber | −39 °C | 357 °C |
| Wasser | 0 °C | 100 °C |
| Blei | 327 °C | 1749 °C |
| Aluminium | 660 °C | 2470 °C |
| Gold | 1064 °C | 2856 °C |
| Kupfer | 1085 °C | 2562 °C |
| Eisen | 1538 °C | 2862 °C |
| Wolfram | 3422 °C | 5555 °C |
Typischer Fehler
„Der weiße Dampf über dem Kochtopf ist Wasserdampf.“ Nein – Wasserdampf ist unsichtbar. Was man sieht, sind winzige Wassertröpfchen, die in der kühleren Luft schon wieder kondensiert sind.
Teste Dich selbst
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