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Aggregatzustände: Teilchenmodell und Übergänge
Ein Stoff kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Welcher Aggregatzustand vorliegt, hängt vor allem von der Temperatur und vom Druck ab. Bei einem Zustandswechsel bleibt der Stoff chemisch derselbe: Eis, flüssiges Wasser und Wasserdampf bestehen weiterhin aus Wasserteilchen.
Auf dieser Seite lernst du, die drei klassischen Aggregatzustände zu erkennen, mit dem Teilchenmodell zu erklären und ihre Übergänge richtig zu benennen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Woran erkennst du die drei Aggregatzustände?
Aggregatzustand
Der Aggregatzustand ist die physikalische Erscheinungsform eines Stoffes. Die drei klassischen Aggregatzustände heißen fest, flüssig und gasförmig.
Du kannst sie zunächst an ihrer Form und ihrem Volumen unterscheiden:
| Aggregatzustand | Form | Volumen | Beispiel Wasser |
|---|---|---|---|
| fest | eigene, feste Form | bestimmtes Volumen | Eiswürfel |
| flüssig | nimmt die Gefäßform an | bestimmtes Volumen | Wasser im Glas |
| gasförmig | füllt den verfügbaren Raum | kein bestimmtes Volumen | Wasserdampf |
Ein Liter flüssiges Wasser nimmt in einer Flasche eine andere Form an als in einer Schüssel. Seine Stoffmenge und sein Volumen ändern sich beim Umfüllen jedoch nicht.
Ein Gas besitzt weder eine eigene Form noch ein festes Volumen. Es verteilt sich im verfügbaren Raum und lässt sich stärker zusammendrücken als eine Flüssigkeit oder ein Feststoff.
Neben den drei klassischen Aggregatzuständen gibt es weitere Zustände. Bei sehr starker Erwärmung kann aus einem Gas beispielsweise ein Plasma entstehen. Für die alltäglichen Zustandsänderungen reichen zunächst fest, flüssig und gasförmig aus.
Wie erklärt das Teilchenmodell die Unterschiede?
Das Teilchenmodell beschreibt Stoffe als Ansammlungen kleinster Teilchen. Je nach Stoff können damit zum Beispiel Atome oder Moleküle gemeint sein. Die Modellteilchen sind keine winzigen Stückchen, die bereits wie der sichtbare Stoff aussehen.
Beim Erwärmen bewegen sich die Teilchen im Mittel schneller. Dabei werden die Teilchen nicht größer. Es verändern sich ihre Bewegung, ihre Anordnung und ihre mittleren Abstände.
Feststoff
Die Teilchen liegen dicht beieinander und sind stark an feste Plätze gebunden. Sie können dort schwingen, aber nicht frei ihre Plätze wechseln. Deshalb behält ein Feststoff seine Form und sein Volumen.
Flüssigkeit
Die Teilchen liegen weiterhin nahe beieinander, können sich aber gegeneinander verschieben und Plätze wechseln. Deshalb fließt eine Flüssigkeit und nimmt die Gefäßform an. Die Anziehung zwischen den Teilchen reicht noch aus, um ein bestimmtes Volumen zu erhalten.
Gas
Die Teilchen haben große Abstände und bewegen sich schnell in verschiedene Richtungen. Ihre gegenseitige Anziehung ist sehr schwach. Deshalb breitet sich ein Gas im verfügbaren Raum aus. Stöße der Teilchen gegen Gefäßwände tragen zum Gasdruck bei.
Vom flüssigen Wasser zum Wasserdampf: Beim Erwärmen nimmt die Bewegung der Wasserteilchen zu. Beim Übergang in den gasförmigen Zustand lösen sie sich aus der Flüssigkeit und verteilen sich mit wesentlich größeren mittleren Abständen. Die einzelnen Wasserteilchen wachsen dabei nicht.
Wie heißen die sechs Zustandsänderungen?
Ein Wechsel zwischen Aggregatzuständen heißt Zustandsänderung oder Phasenübergang.
| Von | Nach | Bezeichnung | Beispiel |
|---|---|---|---|
| fest | flüssig | Schmelzen | Ein Eiswürfel wird zu Wasser. |
| flüssig | fest | Erstarren | Wasser gefriert zu Eis. |
| flüssig | gasförmig | Verdampfen | Wasser wird zu Wasserdampf. |
| gasförmig | flüssig | Kondensieren | Wasserdampf bildet Tropfen. |
| fest | gasförmig | Sublimieren | Gefrorenes Wasser in Wäsche geht bei Frost allmählich in die Luft über. |
| gasförmig | fest | Resublimieren | Wasserdampf wird unmittelbar zu Eiskristallen, etwa bei Raureif. |
Schmelzen und Erstarren sind Gegenrichtungen. Dasselbe gilt für Verdampfen und Kondensieren sowie für Sublimieren und Resublimieren.
Hin zu gasförmig: Schmelzen, Verdampfen und Sublimieren benötigen Energieaufnahme. Hin zu fest: Kondensieren, Erstarren und Resublimieren sind mit Energieabgabe verbunden.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Der Übergang von fest zu flüssig heißt . Flüssig zu fest heißt . Von flüssig zu gasförmig gelangt ein Stoff durch . Der umgekehrte Übergang heißt . Fest zu gasförmig heißt . Gasförmig zu fest heißt .
Warum steigt die Temperatur beim Übergang nicht sofort weiter?
Beim Erwärmen steigt die Temperatur eines Stoffes zunächst an. Erreicht der Stoff seine Übergangstemperatur, wird die weiter zugeführte Energie für die Zustandsänderung benötigt.
Beim Schmelzen löst sich die feste Ordnung. Beim Sieden trennen sich die Teilchen stärker voneinander. Solange beide Aggregatzustände gleichzeitig vorhanden sind und der Übergang läuft, bleibt die Temperatur unter gleichbleibendem Druck zunächst konstant. Erst nach dem vollständigen Übergang steigt sie bei weiterer Energiezufuhr wieder.
Eis bei normalem Luftdruck: Eis erwärmt sich bis ungefähr $0\,^\circ\mathrm{C}$. Während es schmilzt, liegen Eis und flüssiges Wasser nebeneinander vor. Zugeführte Energie ermöglicht das Schmelzen; die Temperatur bleibt zunächst ungefähr bei $0\,^\circ\mathrm{C}$. Ist das Eis vollständig geschmolzen, kann sich das flüssige Wasser weiter erwärmen.
Für Wasser liegt die Siedetemperatur bei normalem Luftdruck von ungefähr einem Bar bei etwa $100\,^\circ\mathrm{C}$. Auch während des Siedens bleibt die Temperatur zunächst ungefähr konstant.
Sieden und Verdunsten sind nicht dasselbe
Sieden findet an der Siedetemperatur in der gesamten Flüssigkeit statt. Dabei entstehen Gasblasen.
Verdunsten findet schon unterhalb der Siedetemperatur an der Oberfläche statt. Besonders schnelle Teilchen verlassen die Flüssigkeit. Die zurückbleibenden Teilchen besitzen danach im Mittel weniger Bewegungsenergie; die Flüssigkeit kühlt ab. Dies nennt man Verdunstungskälte.
Nasse Haut fühlt sich kühl an, obwohl das Wasser nicht siedet. Wasser verdunstet an der Oberfläche und entzieht der Haut Energie. Deshalb sinkt ihre Temperatur.
Welche Grenzen haben die einfachen Regeln?
Die bekannten Schmelz- und Siedetemperaturen gelten nur bei einem bestimmten Druck. Sinkt der Umgebungsdruck, sinkt bei Wasser auch die Siedetemperatur. Auf einem hohen Berg kocht Wasser daher bei einer niedrigeren Temperatur als auf Meereshöhe. In einem Druckkochtopf führt der höhere Druck dagegen zu einer höheren Siedetemperatur.
Eine Temperaturangabe für einen Zustandswechsel ist ohne die zugehörige Druckbedingung unvollständig.
Auch die Regel „Feststoffe sind dichter als ihre Flüssigkeiten“ gilt nicht immer. Wasser ist eine wichtige Ausnahme: Eis besitzt eine geringere Dichte als flüssiges Wasser und schwimmt deshalb. Flüssiges Wasser erreicht seine größte Dichte bei etwa $4\,^\circ\mathrm{C}$.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Aggregatzustände
- fest: feste Form und festes Volumen
- flüssig: Gefäßform und festes Volumen
- gasförmig: füllt den verfügbaren Raum
- Teilchenmodell: Bewegung, Anordnung und Abstände
- Erwärmen: stärkere mittlere Teilchenbewegung
- Abkühlen: schwächere mittlere Teilchenbewegung
- Schmelzen und Erstarren: fest und flüssig
- Verdampfen und Kondensieren: flüssig und gasförmig
- Sublimieren und Resublimieren: fest und gasförmig
- Druck: beeinflusst die Übergangstemperaturen
Abschluss-Check
Du kannst die Aggregatzustände sicher erklären, wenn du drei Fragen beantwortest: Welche Form und welches Volumen hat der Stoff? Wie sind seine Teilchen angeordnet und bewegt? Welche Energie- oder Druckänderung führt zum Übergang?