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Aggregatzustände im Teilchenmodell erklärt
Ein Stoff kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Im Teilchenmodell erklärst du diese Aggregatzustände durch die Bewegung, die Abstände und die Anordnung der Teilchen. Bei einer Zustandsänderung bleiben die Teilchen selbst unverändert: Eis, flüssiges Wasser und Wasserdampf bestehen weiterhin aus H₂O-Molekülen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Was zeigt das Teilchenmodell?
Stell dir einen Eiswürfel vor, der in einem Getränk schmilzt. Sichtbar verändert sich der Stoff: Aus einem festen Körper wird eine Flüssigkeit. Auf der Teilchenebene bleiben es jedoch dieselben Wasserteilchen.
Teilchenmodell
Das Teilchenmodell beschreibt Stoffe als Ansammlungen sehr kleiner Teilchen. Es hilft dabei, Stoffeigenschaften und Zustandsänderungen durch Bewegung, Abstand, Anordnung und Anziehung der Teilchen zu erklären.
Die Temperatur beeinflusst die Bewegung:
- Beim Erwärmen bewegen sich die Teilchen stärker und besitzen mehr Bewegungsenergie.
- Beim Abkühlen bewegen sie sich weniger stark.
- Die Teilchen selbst schmelzen, verdampfen oder vergrößern sich dabei nicht.
Das Modell ist eine vereinfachte Darstellung. Die gezeichneten Kugeln zeigen Teilchen, sind aber keine maßstabsgetreuen Bilder von Atomen oder Molekülen.
So unterscheiden sich fest, flüssig und gasförmig
Die drei Zustände unterscheiden sich auf der Stoffebene durch Form und Volumen. Das Teilchenmodell erklärt diese Unterschiede.
| Zustand | Form und Volumen | Bewegung und Anordnung der Teilchen |
|---|---|---|
| fest | bestimmte Form und bestimmtes Volumen | Teilchen liegen dicht beieinander und schwingen um feste Plätze; sie sind häufig regelmäßig angeordnet. |
| flüssig | keine eigene Form, aber bestimmtes Volumen | Teilchen liegen weiterhin nah beieinander, wechseln jedoch ihre Plätze und gleiten aneinander vorbei. |
| gasförmig | weder bestimmte Form noch bestimmtes Volumen | Teilchen bewegen sich schnell in alle Richtungen, haben große Abstände und füllen den verfügbaren Raum. |
Ein Liter Wasser nimmt in einer Flasche eine andere Form an als in einer Schüssel. Sein Volumen bleibt dabei gleich. Ein Gas verteilt sich dagegen im gesamten verfügbaren Raum.
Feststoffe sind form- und volumenbeständig. Flüssigkeiten sind nur volumenbeständig. Gase besitzen weder eine feste Form noch ein festes Volumen.
Welche Übergänge gibt es?
Wird einem Stoff Wärme zugeführt oder entzogen, kann er seinen Aggregatzustand ändern. Auch eine Druckänderung kann einen Übergang auslösen oder seine Temperatur verschieben.
| Übergang | Zustandsänderung | Beispiel |
|---|---|---|
| Schmelzen | fest → flüssig | Ein Eiswürfel wird zu Wasser. |
| Erstarren | flüssig → fest | Wasser gefriert zu Eis. |
| Sieden oder Verdampfen | flüssig → gasförmig | Kochendes Wasser wird gasförmig. |
| Kondensieren | gasförmig → flüssig | Wasserdampf wird beim Abkühlen wieder flüssig. |
| Sublimieren | fest → gasförmig | Gefrorenes Wasser in Winterwäsche geht direkt in den gasförmigen Zustand über. |
| Resublimieren | gasförmig → fest | Aus Wasserdampf entstehen unmittelbar Eiskristalle als Raureif. |
Sublimieren und Resublimieren überspringen den flüssigen Zustand.
Beim Erwärmen von Eis bewegen sich die Teilchen immer stärker. Beim Schmelzen verlassen sie ihre festen Plätze und können aneinander vorbeigleiten. Werden sie weiter erwärmt, können sie schließlich die gegenseitige Anziehung überwinden und sich als Gas im Raum verteilen.
Beim Abkühlen läuft die Folge umgekehrt: Gas kondensiert zur Flüssigkeit, und die Flüssigkeit erstarrt zum Feststoff.
Warum steigt die Temperatur beim Schmelzen nicht weiter?
Erwärmen bedeutet normalerweise: Die Teilchen bewegen sich stärker und die Temperatur steigt. Während einer Zustandsänderung wird die zugeführte Energie jedoch dafür verwendet, die bisherige Anordnung und die Anziehung zwischen den Teilchen zu überwinden.
Deshalb bleibt die Temperatur eines reinen Stoffes beim Schmelzen oder Sieden unter gleichbleibendem Druck zunächst konstant. Erst wenn die Stoffportion vollständig umgewandelt ist, steigt die Temperatur weiter.
Ein Stück Eis befindet sich an seiner Schmelztemperatur. Weitere Wärmezufuhr wandelt zunächst Eis in flüssiges Wasser um. Die Energie erhöht in dieser Phase nicht einfach nur die Bewegungsgeschwindigkeit, sondern ermöglicht den Wechsel aus der festen Ordnung in den flüssigen Zustand.
An der Übergangstemperatur kann eine Stoffportion gleichzeitig zwei Zustände enthalten, solange die Umwandlung noch läuft. Die Temperatur allein sagt dann nicht, welcher Anteil bereits umgewandelt ist.
Sieden, Verdunsten und Druck unterscheiden
Beim Sieden wird eine Flüssigkeit bei ihrer Siedetemperatur im gesamten Volumen gasförmig. Dabei bilden sich Blasen.
Beim Verdunsten verlassen schon unterhalb der Siedetemperatur besonders schnelle Teilchen die Oberfläche. Eine Pfütze kann deshalb trocknen, obwohl sie nicht kocht.
Wenn vor allem schnelle Teilchen entweichen, sinkt die mittlere Bewegungsenergie der verbleibenden Flüssigkeit. Dadurch kühlt sie ab. Diese Wirkung heißt Verdunstungskälte. Nasse Badebekleidung kann deshalb die Haut kühlen.
Sieden geschieht im gesamten Volumen an der Siedetemperatur. Verdunsten geschieht unterhalb der Siedetemperatur an der Oberfläche.
Schmelz- und Siedetemperaturen gelten nur für bestimmte Druckbedingungen. Bei geringerem Luftdruck siedet Wasser bei einer niedrigeren Temperatur. Auf dem Mount Everest liegt die Siedetemperatur von Wasser beispielsweise nur bei ungefähr 70 °C statt bei etwa 100 °C unter üblichen Druckbedingungen.
Einen Aggregatzustand bestimmen
Für einen Stoffvergleich brauchst du die Schmelztemperatur, die Siedetemperatur, die aktuelle Temperatur und die Druckbedingung.
- Liegt die Temperatur unter der Schmelztemperatur, ist der Stoff fest.
- Liegt sie zwischen Schmelz- und Siedetemperatur, ist er flüssig.
- Liegt sie über der Siedetemperatur, ist er gasförmig.
- Liegt sie genau an einer Übergangstemperatur, kann die Umwandlung gerade stattfinden.
Quecksilber schmilzt bei etwa −39 °C und siedet bei etwa 357 °C. Bei 25 °C liegt seine Temperatur zwischen diesen beiden Werten. Quecksilber ist unter den angegebenen Druckbedingungen daher flüssig.
Wasser schmilzt bei etwa 0 °C und siedet bei etwa 100 °C. Bei −20 °C ist es fest, bei 25 °C flüssig und bei 110 °C gasförmig, sofern die genannten Übergangstemperaturen für den herrschenden Druck gelten.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Aggregatzustände im Teilchenmodell
- fest: feste Plätze, bestimmte Form und bestimmtes Volumen
- flüssig: bewegliche Nachbarn, Gefäßform und bestimmtes Volumen
- gasförmig: große Abstände, freie Bewegung und Raumausfüllung
- Erwärmen: stärkere Teilchenbewegung und Übergang zu weniger Ordnung
- Abkühlen: schwächere Teilchenbewegung und Übergang zu mehr Ordnung
- äußere Bedingungen: Temperatur und Druck beeinflussen Zustandsänderungen
- Teilchen bleiben gleich: Der Stoff wird bei einem Phasenwechsel nicht chemisch umgewandelt