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

festflüssiggasförmig
Je höher die Temperatur, desto heftiger bewegen sich die Teilchen und desto weniger halten sie zusammen.
festflüssiggasförmig
Teilchendicht, fester Platz, schwingen nurdicht, gegeneinander verschiebbarweit voneinander entfernt, fliegen frei
Formfestpasst sich dem Gefäß anfüllt jeden Raum aus
Volumenfestfestveränderlich (zusammendrückbar)
BeispielEis, Eisen, HolzWasser, Öl, QuecksilberLuft, Wasserdampf, Helium

Übergänge zwischen den Zuständen

ÜbergangNameBeispiel
fest → flüssigSchmelzenEis taut bei 0 °C
flüssig → festErstarren (Gefrieren)Wasser gefriert, Kerzenwachs wird fest
flüssig → gasförmigVerdampfen (Sieden, Verdunsten)Nudelwasser kocht bei 100 °C
gasförmig → flüssigKondensierenbeschlagene Brille, Tau am Morgen
fest → gasförmigSublimierenWäsche trocknet im Frost, Trockeneis
gasförmig → festResublimierenRaureif, 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:

0 °C100 °C−20 °CSchmelzenSiedenWasser erwärmenzugeführte Energie (1 kg Wasser) →ϑ334 kJ2257 kJ
Erwärmungskurve von 1 kg Wasser bei normalem Luftdruck. Die waagerechten Stücke sind Schmelzen und Sieden.

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.
StoffSchmelztemperaturSiedetemperatur
Sauerstoff−218 °C−183 °C
Stickstoff−210 °C−196 °C
Ethanol−114 °C78 °C
Quecksilber−39 °C357 °C
Wasser0 °C100 °C
Blei327 °C1749 °C
Aluminium660 °C2470 °C
Gold1064 °C2856 °C
Kupfer1085 °C2562 °C
Eisen1538 °C2862 °C
Wolfram3422 °C5555 °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

1. Wie heißt der Übergang von gasförmig zu flüssig?
Lösung anzeigen

Richtig: Kondensieren. Kondensieren – zum Beispiel, wenn eine kalte Brille beschlägt.

2. Warum bleibt die Temperatur beim Schmelzen von Eis bei 0 °C?
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Richtig: Die zugeführte Energie löst die Teilchen aus dem festen Verband. Die Schmelzwärme wird gebraucht, um die Bindungen im Kristall zu lösen, nicht um die Teilchen schneller zu machen.

3. Warum gart Essen im Schnellkochtopf schneller?
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Richtig: Der höhere Druck erhöht die Siedetemperatur. Bei höherem Druck siedet Wasser erst bei etwa 120 °C – das Essen wird heißer.

Weiterlesen: Aggregatzustand bei Wikipedia