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Aggregatzustand

Aggregatzustände sind fundamentale Erscheinungsformen von Materie, die sich jeweils sprunghaft in der Mobilität ihrer Atome und Moleküle sowie in der Stärke der Wechselwirkungen zwischen diesen unterscheiden. Die klassischen Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig lassen sich daher sensorisch anhand ihrer unterschiedlichen makroskopischen mechanischen und rheologischen Eigenschaften identifizieren. Daneben werden in der Physik auch weitere, in der Biosphäre der Erde nicht oder kaum natürlich vorkommende Erscheinungsformen der Materie als Aggregatzustand bezeichnet. So gilt Plasma, aus dem beispielsweise die Sonne besteht, als vierter Aggregatzustand der Materie.

Bestimmte Stoffe, wie etwa Flüssigkristalle, viskoelastische Stoffe oder Schmelzen besonders langkettiger Polymere, können Merkmale sowohl des festen als auch des flüssigen Aggregatzustandes aufweisen. Gläser ataktischer Polymere mit hohen Molekulargewichten werden oft als Festkörper betrachtet, obwohl es sich bei diesen lediglich um Flüssigkeiten mit einer – verglichen mit den Zeitskalen menschlicher Wahrnehmung – stark verlangsamten Dynamik handelt.

Der Begriff Aggregatzustand ist vom enger gefassten Begriff Phase abzugrenzen. Eine Phase ist innerhalb eines Materials ein räumlich begrenzter Bereich, der chemisch und physikalisch einheitliche Eigenschaften aufweist. Ein Aggregatzustand kann mehrere Phasen umfassen. Beispielsweise können homogene Feststoffe bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken in unterschiedlichen Kristallmodifikationen vorliegen, die durch enantiotrope Umwandlungen ineinander überführbar sind und die jeweils eine eigene Phase darstellen. Heterogene Gemische können einheitlich im festen oder flüssigen Aggregatzustand vorliegen, aber mehrere Phasen unterschiedlicher stofflicher Zusammensetzungen enthalten. Bei Gasen und Plasmen lassen sich die Begriffe Aggregatzustand und Phase synonym verwenden.

Die Überführung eines Stoffes in einen anderen Aggregatzustand erfolgt durch einen Phasenübergang, der sich durch eine Zustandsänderung herbeiführen lässt, etwa durch eine Änderung der Temperatur, des Drucks oder des Volumens. Die Grenzen zwischen den verschiedenen Aggregatzuständen im Zustandsraum eines Stoffes lassen sich graphisch mit Hilfe von Phasendiagrammen darstellen.

Inhaltsverzeichnis

Temperaturabhängige Häufigkeit der Aggregatzustände der Elemente (blau: fest, rot: flüssig, grün: gasförmig)

Übersicht

Es gibt drei klassische Aggregatzustände:

  • fest (f alternativ s): In diesem Zustand behält ein Stoff meist sowohl Form als auch Volumen bei.
  • flüssig (fl alternativ l): Hier wird das Volumen beibehalten, aber die Form ist unbeständig und passt sich dem umgebenden Raum an.
  • gasförmig (g): Hier entfällt auch die Volumenbeständigkeit, ein Gas füllt den zur Verfügung stehenden Raum vollständig aus.

Für feste Stoffe und flüssige Stoffe gibt es den zusammenfassenden Begriff kondensierte Materie. Flüssigkeiten und Gase werden in der Physik unter dem Oberbegriff Fluide zusammengefasst.

Bei Feststoffen unterscheidet man auch nach anderen Merkmalen:

Die klassischen Aggregatzustände lassen sich mit einem Teilchenmodell erklären, das die kleinsten Teilchen eines Stoffes (Atome, Moleküle, Ionen) auf kleine Kugeln reduziert. Die mittlere kinetische Energie aller Teilchen ist in allen Zuständen ein Maß für die Temperatur. Die Art der Bewegung ist in den drei Aggregatzuständen jedoch völlig unterschiedlich. Im Gas bewegen sich die Teilchen geradlinig wie Billardkugeln, bis sie mit einem anderen oder mit der Gefäßwand zusammenstoßen. In der Flüssigkeit müssen sich die Teilchen durch Lücken zwischen ihren Nachbarn hindurchzwängen (Diffusion, Brownsche Molekularbewegung). Im Festkörper schwingen die Teilchen nur um ihre Ruhelage.

Fest

Hauptartikel: Festkörper
Teilchenmodell eines kristallinen Feststoffes

Bewegung

Die kleinsten Teilchen sind bei einem Feststoff nur wenig in Bewegung. Sie schwingen um eine feste Position, ihren Gitterplatz, und rotieren meist um ihre Achsen. Je höher die Temperatur wird, desto heftiger schwingen bzw. rotieren sie, und der Abstand zwischen den Teilchen nimmt (meist) zu. Ausnahme: Dichteanomalie.

  • Die Form des Feststoffes bleibt unverändert.
  • Stoffe im festen Aggregatzustand lassen sich nur schwer aufteilen.
  • Sie lassen sich nur schwer verformen (geringe Verformbarkeit, spröde).

Hinweis: Betrachtet man die Teilchen mit quantenmechanischen Grundsätzen, so dürfen aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation eigentlich Teilchen nie ruhig stehen. Sie haben kleine Schwingungen, die man auch als Nullpunktsfluktuationen bezeichnet. Das entspricht dem Grundzustand des harmonischen Oszillators.

Anziehung

Zwischen den kleinsten Teilchen wirken verschiedene Kräfte, nämlich die Van-der-Waals-Kräfte, die elektrostatische Kraft zwischen Ionen, Wasserstoffbrückenbindungen oder kovalente Bindungen. Die Art der Kraft ist durch den atomaren Aufbau der Teilchen (Ionen, Moleküle, Dipole …) bestimmt. Bei Stoffen, die auch bei hohen Temperaturen fest sind, ist die Anziehung besonders stark.

Anordnung

Durch die schwache Bewegung und den festen Zusammenhalt sind die Teilchen regelmäßig angeordnet.

  • Die meisten festen Reinstoffe haben deshalb eine regelmäßige Struktur (Kristall), nur wenige sind amorph.
  • Die Teilchenanordnung in einem amorphen Festkörper ist ähnlich ungeordnet wie in der Flüssigkeit, er ist jedoch formstabil, da die Teilchenbewegungen gegeneinander weitgehend eingefroren sind.

Abstand

Durch die starke Anziehung sind die Teilchen eng beieinander (hohe Packungsdichte)

Flüssig

Hauptartikel: Flüssigkeit
Teilchenmodell einer Flüssigkeit bzw. eines amorphen Festkörpers

Bewegung

Die Teilchen sind nicht wie beim Feststoff ortsfest, sondern können sich gegenseitig verschieben. Bei Erhöhung der Temperatur werden die Teilchenbewegungen immer schneller.

Anziehung

Durch die Erwärmung ist die Bewegung der Teilchen so stark, dass die Wechselwirkungskräfte nicht mehr ausreichend sind, um die Teilchen an ihrem Platz zu halten. Die Teilchen können sich nun frei bewegen.

  • Ein flüssiger Stoff verteilt sich von allein, wenn er nicht in einem Gefäß festgehalten wird.
  • Ein Farbstoff verteilt sich von allein in einer Flüssigkeit (Diffusion).

Abstand

Obwohl der Abstand der Teilchen durch die schnellere Bewegung ein wenig größer wird (die meisten festen Stoffe nehmen beim Schmelzen einen größeren Raum ein), hängen die Teilchen weiter aneinander. Für die Verringerung des Volumens einer Flüssigkeit durch Kompression gilt ähnliches wie bei einem Festkörper, wobei der entsprechende Kompressionsmodul der Flüssigkeit zum Tragen kommt. Bei einer Temperaturverringerung wird das Volumen ebenfalls kleiner, bei Wasser jedoch nur bis zu einer Temperatur von 4 °C (Anomalie des Wassers), während darunter bis 0 °C das Volumen wieder ansteigt.

Anordnung

Obwohl die Teilchen sich ständig neu anordnen und Zitter-/Rotationsbewegungen durchführen, kann eine Anordnung festgestellt werden. Diese Nahordnung ist ähnlich wie im amorphen Festkörper, die Viskosität ist jedoch sehr viel niedriger, d. h., die Teilchen sind beweglicher.

Siehe auch: Flüssigkristall

Gasförmig

Hauptartikel: Gas
Teilchenmodell eines Gases

Bewegung

Bei Stoffen im gasförmigen Zustand sind die Teilchen schnell in Bewegung. Ein Gas oder gasförmiger Stoff verteilt sich schnell in einem Raum. In einem geschlossenen Raum führt das Stoßen der kleinsten Teilchen gegen die Wände zum Druck des Gases.

Anziehung

Beim gasförmigen Zustand ist die Bewegungsenergie der kleinsten Teilchen so hoch, dass sie nicht mehr zusammenhalten. Die kleinsten Teilchen des gasförmigen Stoffes verteilen sich gleichmäßig im gesamten zur Verfügung stehenden Raum.

Abstand

Durch die schnelle Bewegung der Teilchen in einem Gas sind sie weit voneinander entfernt. Sie stoßen nur hin und wieder einander an, bleiben aber im Vergleich zur flüssigen Phase auf großer Distanz. Ein gasförmiger Stoff lässt sich komprimieren, d. h., das Volumen lässt sich verringern.

Anordnung

Wegen der Bewegung sind die Teilchen ungeordnet.

In der physikalischen Chemie unterscheidet man zwischen Dampf und Gas. Beide sind physikalisch gesehen nichts anderes als der gasförmige Aggregatzustand; die Begriffe haben auch nicht direkt mit realem Gas und idealem Gas zu tun. Was umgangssprachlich als „Dampf“ bezeichnet wird, ist physikalisch gesehen eine Mischung aus flüssigen und gasförmigen Bestandteilen, welche man im Falle des Wassers als Nassdampf bezeichnet.

Bei einem Dampf im engeren Sinn handelt es sich um einen Gleichgewichtszustand zwischen flüssiger und gasförmiger Phase. Er kann, ohne Arbeit verrichten zu müssen, verflüssigt werden, das heißt beim Verflüssigen erfolgt kein Druckanstieg. Ein solcher Dampf wird in der Technik als Nassdampf bezeichnet im Gegensatz zum sogenannten Heißdampf oder überhitzten Dampf, der im eigentlichen Sinn ein reales Gas aus Wassermolekülen darstellt und dessen Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur der flüssigen Phase beim jeweiligen Druck liegt.

Ausgewählte Reinstoffe als Beispiele

Reinstoffe werden entsprechend ihrem Aggregatzustand bei einer Temperatur von 20 °C (siehe Raumtemperatur) und einem Druck von 1013,25 hPa (Normaldruck) als Feststoff, Flüssigkeit oder Gas bezeichnet. Beispiel: Brom ist bei Raumtemperatur und Normaldruck flüssig (siehe Tabelle), also gilt Brom als Flüssigkeit.

Diese Bezeichnungen (Feststoff, Flüssigkeit, Gas) werden zwar auch gebraucht, wenn Stoffe unter veränderten Bedingungen einen anderen Aggregatzustand annehmen. Im engeren Sinne bezieht sich die Einteilung jedoch auf die oben genannten Standardbedingungen; jeder Stoff gehört dann zu einer der Kategorien.

Stoff Schmelztemperatur1 Siedetemperatur1 Aggregatzustand
im Gefrierschrank (−10 °C)1
Aggregatzustand
bei Raumtemperatur (25 °C)1
Aggregatzustand
im Backofen (150 °C)1
Eisen 1535 °C 2750 °C fest fest fest
Kupfer 1084 °C 2567 °C fest fest fest
Caesium 28 °C 671 °C fest fest flüssig
Sauerstoff −219 °C −183 °C gasförmig gasförmig gasförmig
Helium −272 °C −269 °C gasförmig gasförmig gasförmig
Brom −7 °C 59 °C fest flüssig gasförmig
Chlor −101 °C −35 °C gasförmig gasförmig gasförmig
Wasser 0 °C 100 °C fest flüssig gasförmig

1 bei Normaldruck

Aggregatzustände in Gemischen

Bei der Vermischung von Stoffen ergeben sich abhängig vom Aggregatzustand der Bestandteile und ihrem mengenmäßigen Anteil charakteristische Gemische, zum Beispiel Nebel oder Schaum.

Die Übergänge zwischen den verschiedenen Aggregatzuständen haben spezielle Namen (eoc, omc, eon) und spezielle Übergangsbedingungen, die bei Reinstoffen aus Druck und Temperatur bestehen. Diese Übergangsbedingungen entsprechen dabei Punkten auf den Phasengrenzlinien von Phasendiagrammen. Hierbei ist für jeden Phasenübergang eine bestimmte Wärmemenge notwendig bzw. wird dabei freigesetzt.

Die Sublimation und das Verdampfen kommen auch unterhalb der Sublimations- beziehungsweise Siedepunktes vor. Man spricht hier von einer Verdunstung.

Siehe auch: Leidenfrost-Effekt

Alltagsbeispiele

Bezeichnungen für die Aggregatzustandsänderungen von Wasser

Alle Übergänge können am Beispiel Wasser im Alltag beobachtet werden (siehe Abbildung):

Schmelzen

Schnee oder Eis fängt im Frühjahr an flüssig zu werden, sobald Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur herrschen.

Erstarren

Kühlt das Wasser in Seen unter den Gefrierpunkt ab, bilden sich Eiskristalle, die mit der Zeit immer größer werden, bis die Oberfläche mit einer Eisschicht überzogen ist.

Verdampfen

Wird Wasser im Kochtopf über seine Siedetemperatur erhitzt, so wird das Wasser gasförmig. Das „Blubbern“ im Kochtopf kommt zustande, weil das Wasser am heißen Topfboden zuerst die Siedetemperatur erreicht - Die aufsteigenden Blasen sind der Wasserdampf, der (wie die meisten gasförmigen Stoffe) unsichtbar ist. Verdunstung, der Übergang von flüssig in gasförmig ohne Erreichen der Siedetemperatur, ist bei Schweiß auf der Haut gut zu beobachten.

Kondensieren

Der deutlich sichtbare Nebel oberhalb kochenden Wassers, der meist umgangssprachlich als „Dampf“ bezeichnet wird, ist zu winzigen Wassertröpfchen kondensierter Wasserdampf. Tau und Wolken entstehen ebenfalls durch kondensierenden Wasserdampf.

Sublimation

Gefrorene Pfützen können im Winter, auch bei Temperaturen weit unterhalb des Gefrierpunktes, durch Sublimation nach und nach „austrocknen“, bis das Eis vollständig sublimiert und die Pfütze verschwunden ist.

Resublimation

Raureif oder Eisblumen, die sich im Winter bilden, entstehen durch den aus der Umgebungsluft resublimierenden Wasserdampf.

Teilchenmodell der Phasenübergänge

Schmelzen

Durch Erhöhen der Temperatur (Zufuhr von thermischer Energie) bewegen sich die kleinsten Teilchen immer heftiger, und ihr Abstand voneinander wird (normalerweise) immer größer. Die Van-der-Waals-Kräfte halten sie aber noch in ihrer Position, ihrem Gitterplatz. Erst ab der sogenannten Schmelztemperatur wird die Schwingungsamplitude der Teilchen so groß, dass die Gitterstruktur teilweise zusammenbricht. Es entstehen Gruppen von Teilchen, die sich frei bewegen können. In ihnen herrscht eine Nahordnung, im Gegensatz zur Fernordnung von Teilchen innerhalb des Kristallgitters fester Stoffe.

Erstarren

Mit Sinken der Temperatur nimmt die Bewegung der Teilchen ab, und ihr Abstand zueinander wird immer geringer. Auch die Rotationsenergie nimmt ab. Bei der sogenannten Erstarrungstemperatur wird der Abstand so klein, dass sich die Teilchen gegenseitig blockieren und miteinander verstärkt anziehend wechselwirken – sie nehmen eine feste Position in einem dreidimensionalen Gitter ein.

Es gibt Flüssigkeiten, die sich bei sinkender Temperatur ausdehnen, beispielsweise Wasser. Dieses Verhalten wird als Dichteanomalie bezeichnet.

Verdampfen und Sublimation

Die Geschwindigkeit der kleinsten Teilchen ist nicht gleich. Ein Teil ist schneller, ein Teil ist langsamer als der Durchschnitt. Dabei ändern die Teilchen durch Kollisionen ständig ihre aktuelle Geschwindigkeit.

An der Grenze eines Festkörpers oder einer Flüssigkeit, dem Übergang einer Phase in eine gasförmige, kann es mitunter vorkommen, dass ein Teilchen von seinen Nachbarn zufällig einen so starken Impuls bekommt, dass es aus dem Einflussbereich der Kohäsionskraft entweicht. Dieses Teilchen tritt dann in den gasförmigen Zustand über und nimmt etwas Wärmeenergie in Form der Bewegungsenergie mit, das heißt die feste oder flüssige Phase kühlt ein wenig ab.

Wird thermische Energie einem System zugeführt und erreicht die Temperatur die Sublimations- oder Siedetemperatur, geschieht dieser Vorgang kontinuierlich, bis alle kleinsten Teilchen in die gasförmige Phase übergetreten sind. In diesem Fall bleibt die Temperatur in der verdampfenden Phase in der Regel unverändert, bis alle Teilchen mit einer höheren Temperatur aus dem System verschwunden sind. Die Wärmezufuhr wird somit in eine Erhöhung der Entropie umgesetzt.

Wenn die Kohäsionskräfte sehr stark sind, beziehungsweise es sich eigentlich um eine viel stärkere Metall- oder Ionenbindung handelt, dann kommt es nicht zur Verdampfung.

Die durch Verdampfen starke Volumenzunahme eines Stoffes kann, wenn sehr viel Hitze schlagartig zugeführt wird, zu einer Physikalischen Explosion führen.

Kondensation und Resublimation

Der umgekehrte Vorgang ist die Kondensation beziehungsweise Resublimation. Ein kleinstes Teilchen trifft zufällig auf einen festen oder flüssigen Stoff, überträgt seinen Impuls und wird von den Kohäsionskräften festgehalten. Dadurch erwärmt sich der Körper um die Energie, die das kleinste Teilchen mehr trug als der Durchschnitt der kleinsten Teilchen in der festen beziehungsweise flüssigen Phase.

Stammt das Teilchen allerdings von einem Stoff, der bei dieser Temperatur gasförmig ist, sind die Kohäsionskräfte zu schwach, es festzuhalten. Selbst wenn es zufällig so viel Energie verloren hat, dass es gebunden wird, schleudert es die nächste Kollision mit benachbarten kleinsten Teilchen wieder in die Gasphase. Durch Absenken der Temperatur kann man den kleinsten Teilchen ihre Energie entziehen. Dadurch ballen sie sich beim Unterschreiten der Sublimations- oder Erstarrungstemperatur durch die Wechselwirkungskräfte mit anderen Teilchen zusammen und bilden wieder einen Feststoff oder eine Flüssigkeit.

Phasendiagramme

Hauptartikel: Phasendiagramm
Phasendiagramm eines „gewöhnlichen“ Stoffes und des Wassers (Dichteanomalie)

Das p-T-Phasendiagramm eines Stoffes beschreibt in Abhängigkeit von Druck und Temperatur, in wie vielen Phasen ein Stoff vorliegt und in welchem Aggregatzustand sich diese befinden. Anhand der Linien kann man also erkennen, bei welchem Druck und welcher Temperatur die Stoffe ihren Aggregatzustand verändern. Gewissermaßen findet auf den Linien der Phasenübergang zwischen den Aggregatzuständen statt, weshalb man diese auch als Phasengrenzlinien bezeichnet. Auf ihnen selbst liegen die jeweiligen Aggregatzustände in Form eines dynamischen Gleichgewichts nebeneinander in verschiedenen Phasen vor.

  • Bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur, dem so genannten Tripelpunkt, können alle drei Aggregatzustände gleichzeitig vorliegen. Es handelt sich dabei um den Punkt in der „Mitte“ des Phasendiagramms, an welchem sich alle drei Phasengrenzlinien treffen. Der Tripelpunkt eignet sich daher als ein Ausgangspunkt dieser Linien und für die Festlegung vieler Temperaturskalen.
  • Oberhalb eines bestimmten Druckes und einer bestimmten Temperatur, dem sogenannten kritischen Punkt, können Gas und Flüssigkeit aufgrund ihrer identischen Dichte nicht mehr unterschieden werden. In diesem Zustandsraum kann daher keine Phasengrenzlinie festgelegt werden.
  • Für Drücke unterhalb des Tripelpunkt-Druckes kann die Substanz bei einer Senkung der Temperatur nur fest oder bei einer Steigerung der Temperatur nur gasförmig werden. Die Trennlinie zwischen beiden Bereichen nennt man Sublimationskurve. Auf ihr können feste und gasförmige Phasen gleichzeitig existieren. Die Sublimationskurve beginnt theoretisch am absoluten Nullpunkt und endet am Tripelpunkt.
  • Für Drücke oberhalb des Tripelpunkt-Druckes ist die Substanz für Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes fest, zwischen Schmelz- und Siedepunkt flüssig und oberhalb des Siedepunktes gasförmig. Die Trennlinie zwischen fester und flüssiger Phase, also die Kurve der Schmelzpunkte, nennt man Schmelzkurve, die Trennlinie zwischen Flüssigkeit und Gas nennt man Siedepunktskurve. Beide Kurven beginnen ebenfalls am Tripelpunkt, wobei sich die Schmelzkurve theoretisch bis in das Unendliche fortsetzt und die Siedepunktskurve am kritischen Punkt endet.
  • Die Freiheitsgrade innerhalb des Phasendiagramms sind von der betrachteten Ebene abhängig. Am Tripelpunkt und am kritischen Punkt existiert kein Freiheitsgrad, da sowohl Druck als auch Temperatur feste, lediglich stoffabhängige Werte besitzen. An den Phasengrenzlinien sind entweder Druck oder Temperatur frei wählbar und bedingen einander, es existiert folglich ein Freiheitsgrad. Im reinen Zustandsraum, also in den Flächen des Phasendiagramms, sind Druck und Temperatur frei wählbar, was zwei Freiheitsgraden entspricht.

Neben den drei klassischen Aggregatzuständen gibt es weitere Materiezustände, die zum Teil nur unter extremen Bedingungen auftreten (nach Temperatur, tendenziell von hoher zu niedriger, sortiert).

  • Der Plasmazustand: Er tritt beispielsweise im Lichtbogen, in Sternen und in Kernfusionsreaktoren auf. Bei sehr hohen Temperaturen werden die Atome in Atomkern und -hülle zerlegt; freie Elektronen entstehen.
  • Das Atomgas: In ihm existieren keine Moleküle mehr, da die ständigen Stöße die Bindungen zerstören, allerdings sind die Elektronen noch fest gebunden.
  • Der überkritische Zustand tritt bei Überschreiten des kritischen Punktes auf und ist ein Mischzustand zwischen flüssig und gasförmig.
  • Der mesomorphe Zustand: Er nimmt eine Zwischenposition zwischen den Aggregatzuständen flüssig und fest ein und tritt in verschiedener Ausprägung beispielsweise bei Flüssigkristallen oder plastischen Kristallen auf.
  • Das Bose-Einstein-Kondensat: Hierbei handelt es sich um eine Menge extrem kalter Atome, die den gleichen quantenmechanischen Zustand einnehmen, dadurch ununterscheidbar werden und sich somit vollkommen kohärent verhalten.
  • Das Fermionen-Kondensat: Ein superkalter Zustand von Fermionen, welche sich durch ihren halbzahligen Spin von den Bosonen (ganzzahliger Spin) unterscheiden.
  • Das Suprafluid: Eine Flüssigkeit ohne innere Reibung.
  • Das Suprasolid: Ein Zustand, der bei superkaltem Helium-4 erreicht wird. Die Materie zeigt gleichzeitig sowohl Eigenschaften fester als auch suprafluider Körper.
Commons: Aggregatzustand – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Aggregatzustand – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  1. Iwan Gutzow, Jürn Schmelzer: The Vitreous State. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1995, ISBN 978-3-662-03189-6,S.7, doi:10.1007/978-3-662-03187-2 (Online [abgerufen am 4. Februar 2021]).
  2. Aggregatzustand. In: Lexikon der Physik. Abgerufen am 4. Februar 2021.
  3. Wolfgang Bechmann, Ilko Bald: Einstieg in die Physikalische Chemie für Naturwissenschaftler (= Studienbücher Chemie). 7. Auflage. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 2020, ISBN 978-3-662-62033-5, Kapitel "1.1 Begriffe zur Beschreibung stofflicher Zustände", doi:10.1007/978-3-662-62034-2 (Online [abgerufen am 5. Februar 2021]).
  4. Charles E. Mortimer, Ulrich Müller: Chemie: Das Basiswissen der Chemie. 13. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2020, ISBN 978-3-13-242274-2, Kapitel "1.2 Elemente, Verbindungen, Gemische", doi:10.1055/b-006-163279 (Online [abgerufen am 5. Februar 2021]).
  5. Ulrich Stroth: Plasmaphysik – Phänomene, Grundlagen und Anwendungen. 2. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 2018, ISBN 978-3-662-55235-3, Kapitel "1 Einleitung", doi:10.1007/978-3-662-55236-0 (Online [abgerufen am 5. Februar 2021]).
  6. David I. Bower: An introduction to polymer physics. Cambridge University Press, Cambridge 2002, ISBN 0-511-07757-2, 7.4 Time–temperature equivalence and superposition.
  7. Gert Strobl: The Physics of Polymers – Concepts for Understanding Their Structures and Behavior. 3. Auflage. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-25278-8, 6.3 Specific Relaxation Processes and Flow Behavior, doi:10.1007/978-3-540-68411-4 (springer.com [abgerufen am 5. Februar 2021]).
  8. J. B. Clarke, J. W. Hastie, L. H. E. Kihlborg, R. Metselaar, M. M. Thackeray: Definitions of terms relating to phase transitions of the solid state (IUPAC Recommendations 1994). In: Pure and Applied Chemistry.Band66,Nr.3, 1. Januar 1994, ISSN 1365-3075,S.577–594, doi:10.1351/pac199466030577 (Online [abgerufen am 5. Februar 2021]).
Übergänge zwischen den klassischen Aggregatzuständen
Ausgangs-
↓zustand
Endzustand
fest flüssig gasförmig
fest Schmelzen Sublimieren
flüssig Erstarren Verdampfen
(Sieden, Verdunsten)
gasförmig Kondensieren
Resublimieren
Kondensieren
Normdaten (Sachbegriff): GND:4141615-6(OGND, AKS)

Aggregatzustand
aggregatzustand, temperatur, druckabhängige, physikalische, zustände, stoffen, sprache, beobachten, bearbeiten, aggregatzustände, sind, fundamentale, erscheinungsformen, materie, sich, jeweils, sprunghaft, mobilität, ihrer, atome, moleküle, sowie, stärke, wech. Aggregatzustand temperatur und druckabhangige physikalische Zustande von Stoffen Sprache Beobachten Bearbeiten Aggregatzustande sind fundamentale Erscheinungsformen von Materie die sich jeweils sprunghaft in der Mobilitat ihrer Atome und Molekule sowie in der Starke der Wechselwirkungen zwischen diesen unterscheiden 1 2 3 Die klassischen Aggregatzustande fest flussig und gasformig lassen sich daher sensorisch anhand ihrer unterschiedlichen makroskopischen mechanischen und rheologischen Eigenschaften identifizieren 4 Daneben werden in der Physik auch weitere in der Biosphare der Erde nicht oder kaum naturlich vorkommende Erscheinungsformen der Materie als Aggregatzustand bezeichnet So gilt Plasma aus dem beispielsweise die Sonne besteht als vierter Aggregatzustand der Materie 5 Bestimmte Stoffe wie etwa Flussigkristalle viskoelastische Stoffe oder Schmelzen besonders langkettiger Polymere konnen Merkmale sowohl des festen als auch des flussigen Aggregatzustandes aufweisen Glaser ataktischer Polymere mit hohen Molekulargewichten werden oft als Festkorper betrachtet obwohl es sich bei diesen lediglich um Flussigkeiten mit einer verglichen mit den Zeitskalen menschlicher Wahrnehmung stark verlangsamten Dynamik handelt 6 7 Der Begriff Aggregatzustand ist vom enger gefassten Begriff Phase abzugrenzen Eine Phase ist innerhalb eines Materials ein raumlich begrenzter Bereich der chemisch und physikalisch einheitliche Eigenschaften aufweist 8 Ein Aggregatzustand kann mehrere Phasen umfassen Beispielsweise konnen homogene Feststoffe bei unterschiedlichen Temperaturen und Drucken in unterschiedlichen Kristallmodifikationen vorliegen die durch enantiotrope Umwandlungen ineinander uberfuhrbar sind und die jeweils eine eigene Phase darstellen Heterogene Gemische konnen einheitlich im festen oder flussigen Aggregatzustand vorliegen aber mehrere Phasen unterschiedlicher stofflicher Zusammensetzungen enthalten Bei Gasen und Plasmen lassen sich die Begriffe Aggregatzustand und Phase synonym verwenden Die Uberfuhrung eines Stoffes in einen anderen Aggregatzustand erfolgt durch einen Phasenubergang der sich durch eine Zustandsanderung herbeifuhren lasst etwa durch eine Anderung der Temperatur des Drucks oder des Volumens Die Grenzen zwischen den verschiedenen Aggregatzustanden im Zustandsraum eines Stoffes lassen sich graphisch mit Hilfe von Phasendiagrammen darstellen Inhaltsverzeichnis 1 Die drei klassischen Aggregatzustande 1 1 Ubersicht 1 2 Fest 1 2 1 Bewegung 1 2 2 Anziehung 1 2 3 Anordnung 1 2 4 Abstand 1 3 Flussig 1 3 1 Bewegung 1 3 2 Anziehung 1 3 3 Abstand 1 3 4 Anordnung 1 4 Gasformig 1 4 1 Bewegung 1 4 2 Anziehung 1 4 3 Abstand 1 4 4 Anordnung 1 5 Ausgewahlte Reinstoffe als Beispiele 1 6 Aggregatzustande in Gemischen 2 Anderung des Aggregatzustands 2 1 Alltagsbeispiele 2 1 1 Schmelzen 2 1 2 Erstarren 2 1 3 Verdampfen 2 1 4 Kondensieren 2 1 5 Sublimation 2 1 6 Resublimation 2 2 Teilchenmodell der Phasenubergange 2 2 1 Schmelzen 2 2 2 Erstarren 2 2 3 Verdampfen und Sublimation 2 2 4 Kondensation und Resublimation 2 3 Phasendiagramme 3 Nichtklassische Aggregatzustande 4 Literatur 5 Weblinks 6 EinzelnachweiseDie drei klassischen Aggregatzustande Bearbeiten Temperaturabhangige Haufigkeit der Aggregatzustande der Elemente blau fest rot flussig grun gasformig Ubersicht Bearbeiten Es gibt drei klassische Aggregatzustande fest f alternativ s In diesem Zustand behalt ein Stoff meist sowohl Form als auch Volumen bei flussig fl alternativ l Hier wird das Volumen beibehalten aber die Form ist unbestandig und passt sich dem umgebenden Raum an gasformig g Hier entfallt auch die Volumenbestandigkeit ein Gas fullt den zur Verfugung stehenden Raum vollstandig aus Fur feste Stoffe und flussige Stoffe gibt es den zusammenfassenden Begriff kondensierte Materie Flussigkeiten und Gase werden in der Physik unter dem Oberbegriff Fluide zusammengefasst Bei Feststoffen unterscheidet man auch nach anderen Merkmalen kristallin Ein Feststoff der seine Form nicht verandert Seine Bausteine die Kristalle weisen eine Fernordnung auf amorph Ein Feststoff der lediglich durch eine Nahordnung ausgezeichnet ist siehe amorphes Material Ein amorpher Festkorper ist metastabil Die klassischen Aggregatzustande lassen sich mit einem Teilchenmodell erklaren das die kleinsten Teilchen eines Stoffes Atome Molekule Ionen auf kleine Kugeln reduziert Die mittlere kinetische Energie aller Teilchen ist in allen Zustanden ein Mass fur die Temperatur Die Art der Bewegung ist in den drei Aggregatzustanden jedoch vollig unterschiedlich Im Gas bewegen sich die Teilchen geradlinig wie Billardkugeln bis sie mit einem anderen oder mit der Gefasswand zusammenstossen In der Flussigkeit mussen sich die Teilchen durch Lucken zwischen ihren Nachbarn hindurchzwangen Diffusion Brownsche Molekularbewegung Im Festkorper schwingen die Teilchen nur um ihre Ruhelage Fest Bearbeiten Hauptartikel Festkorper Teilchenmodell eines kristallinen Feststoffes Bewegung Bearbeiten Die kleinsten Teilchen sind bei einem Feststoff nur wenig in Bewegung Sie schwingen um eine feste Position ihren Gitterplatz und rotieren meist um ihre Achsen Je hoher die Temperatur wird desto heftiger schwingen bzw rotieren sie und der Abstand zwischen den Teilchen nimmt meist zu Ausnahme Dichteanomalie Die Form des Feststoffes bleibt unverandert Stoffe im festen Aggregatzustand lassen sich nur schwer aufteilen Sie lassen sich nur schwer verformen geringe Verformbarkeit sprode Hinweis Betrachtet man die Teilchen mit quantenmechanischen Grundsatzen so durfen aufgrund der Heisenbergschen Unscharferelation eigentlich Teilchen nie ruhig stehen Sie haben kleine Schwingungen die man auch als Nullpunktsfluktuationen bezeichnet Das entspricht dem Grundzustand des harmonischen Oszillators Anziehung Bearbeiten Zwischen den kleinsten Teilchen wirken verschiedene Krafte namlich die Van der Waals Krafte die elektrostatische Kraft zwischen Ionen Wasserstoffbruckenbindungen oder kovalente Bindungen Die Art der Kraft ist durch den atomaren Aufbau der Teilchen Ionen Molekule Dipole bestimmt Bei Stoffen die auch bei hohen Temperaturen fest sind ist die Anziehung besonders stark Anordnung Bearbeiten Durch die schwache Bewegung und den festen Zusammenhalt sind die Teilchen regelmassig angeordnet Die meisten festen Reinstoffe haben deshalb eine regelmassige Struktur Kristall nur wenige sind amorph Die Teilchenanordnung in einem amorphen Festkorper ist ahnlich ungeordnet wie in der Flussigkeit er ist jedoch formstabil da die Teilchenbewegungen gegeneinander weitgehend eingefroren sind Abstand Bearbeiten Durch die starke Anziehung sind die Teilchen eng beieinander hohe Packungsdichte Das Volumen eines Feststoffes lasst sich durch Kompression nach den Gesetzen der Elastizitatstheorie abhangig von der Grosse des Kompressionsmoduls bzw des E Moduls verringern Temperaturanderungen bewirken ebenso eine Veranderung des Volumens nach den Gesetzen der Warmeausdehnung Flussig Bearbeiten Hauptartikel Flussigkeit Teilchenmodell einer Flussigkeit bzw eines amorphen Festkorpers Bewegung Bearbeiten Die Teilchen sind nicht wie beim Feststoff ortsfest sondern konnen sich gegenseitig verschieben Bei Erhohung der Temperatur werden die Teilchenbewegungen immer schneller Anziehung Bearbeiten Durch die Erwarmung ist die Bewegung der Teilchen so stark dass die Wechselwirkungskrafte nicht mehr ausreichend sind um die Teilchen an ihrem Platz zu halten Die Teilchen konnen sich nun frei bewegen Ein flussiger Stoff verteilt sich von allein wenn er nicht in einem Gefass festgehalten wird Ein Farbstoff verteilt sich von allein in einer Flussigkeit Diffusion Abstand Bearbeiten Obwohl der Abstand der Teilchen durch die schnellere Bewegung ein wenig grosser wird die meisten festen Stoffe nehmen beim Schmelzen einen grosseren Raum ein hangen die Teilchen weiter aneinander Fur die Verringerung des Volumens einer Flussigkeit durch Kompression gilt ahnliches wie bei einem Festkorper wobei der entsprechende Kompressionsmodul der Flussigkeit zum Tragen kommt Bei einer Temperaturverringerung wird das Volumen ebenfalls kleiner bei Wasser jedoch nur bis zu einer Temperatur von 4 C Anomalie des Wassers wahrend darunter bis 0 C das Volumen wieder ansteigt Anordnung Bearbeiten Obwohl die Teilchen sich standig neu anordnen und Zitter Rotationsbewegungen durchfuhren kann eine Anordnung festgestellt werden Diese Nahordnung ist ahnlich wie im amorphen Festkorper die Viskositat ist jedoch sehr viel niedriger d h die Teilchen sind beweglicher Siehe auch Flussigkristall Gasformig Bearbeiten Hauptartikel Gas Teilchenmodell eines Gases Bewegung Bearbeiten Bei Stoffen im gasformigen Zustand sind die Teilchen schnell in Bewegung Ein Gas oder gasformiger Stoff verteilt sich schnell in einem Raum In einem geschlossenen Raum fuhrt das Stossen der kleinsten Teilchen gegen die Wande zum Druck des Gases Anziehung Bearbeiten Beim gasformigen Zustand ist die Bewegungsenergie der kleinsten Teilchen so hoch dass sie nicht mehr zusammenhalten Die kleinsten Teilchen des gasformigen Stoffes verteilen sich gleichmassig im gesamten zur Verfugung stehenden Raum Abstand Bearbeiten Durch die schnelle Bewegung der Teilchen in einem Gas sind sie weit voneinander entfernt Sie stossen nur hin und wieder einander an bleiben aber im Vergleich zur flussigen Phase auf grosser Distanz Ein gasformiger Stoff lasst sich komprimieren d h das Volumen lasst sich verringern Anordnung Bearbeiten Wegen der Bewegung sind die Teilchen ungeordnet In der physikalischen Chemie unterscheidet man zwischen Dampf und Gas Beide sind physikalisch gesehen nichts anderes als der gasformige Aggregatzustand die Begriffe haben auch nicht direkt mit realem Gas und idealem Gas zu tun Was umgangssprachlich als Dampf bezeichnet wird ist physikalisch gesehen eine Mischung aus flussigen und gasformigen Bestandteilen welche man im Falle des Wassers als Nassdampf bezeichnet Bei einem Dampf im engeren Sinn handelt es sich um einen Gleichgewichtszustand zwischen flussiger und gasformiger Phase Er kann ohne Arbeit verrichten zu mussen verflussigt werden das heisst beim Verflussigen erfolgt kein Druckanstieg Ein solcher Dampf wird in der Technik als Nassdampf bezeichnet im Gegensatz zum sogenannten Heissdampf oder uberhitzten Dampf der im eigentlichen Sinn ein reales Gas aus Wassermolekulen darstellt und dessen Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur der flussigen Phase beim jeweiligen Druck liegt Ausgewahlte Reinstoffe als Beispiele Bearbeiten Reinstoffe werden entsprechend ihrem Aggregatzustand bei einer Temperatur von 20 C siehe Raumtemperatur und einem Druck von 1013 25 hPa Normaldruck als Feststoff Flussigkeit oder Gas bezeichnet Beispiel Brom ist bei Raumtemperatur und Normaldruck flussig siehe Tabelle also gilt Brom als Flussigkeit Diese Bezeichnungen Feststoff Flussigkeit Gas werden zwar auch gebraucht wenn Stoffe unter veranderten Bedingungen einen anderen Aggregatzustand annehmen Im engeren Sinne bezieht sich die Einteilung jedoch auf die oben genannten Standardbedingungen jeder Stoff gehort dann zu einer der Kategorien Stoff Schmelztemperatur1 Siedetemperatur1 Aggregatzustand im Gefrierschrank 10 C 1 Aggregatzustand bei Raumtemperatur 25 C 1 Aggregatzustand im Backofen 150 C 1Eisen 1535 C 2750 C fest fest festKupfer 1084 C 2567 C fest fest festCaesium 28 C 671 C fest fest flussigSauerstoff 219 C 183 C gasformig gasformig gasformigHelium 272 C 269 C gasformig gasformig gasformigBrom 7 C 59 C fest flussig gasformigChlor 101 C 35 C gasformig gasformig gasformigWasser 0 C 100 C fest flussig gasformig 1 bei Normaldruck Aggregatzustande in Gemischen Bearbeiten Bei der Vermischung von Stoffen ergeben sich abhangig vom Aggregatzustand der Bestandteile und ihrem mengenmassigen Anteil charakteristische Gemische zum Beispiel Nebel oder Schaum Siehe auch Dispersion Chemie Anderung des Aggregatzustands Bearbeiten Die Ubergange zwischen den verschiedenen Aggregatzustanden haben spezielle Namen eoc omc eon und spezielle Ubergangsbedingungen die bei Reinstoffen aus Druck und Temperatur bestehen Diese Ubergangsbedingungen entsprechen dabei Punkten auf den Phasengrenzlinien von Phasendiagrammen Hierbei ist fur jeden Phasenubergang eine bestimmte Warmemenge notwendig bzw wird dabei freigesetzt von nach Feststoff Flussigkeit GasFeststoff Schmelzen am Schmelzpunkt Schmelzwarme Sublimation Sublimieren am Sublimationspunkt Sublimationswarme Flussigkeit Erstarren Gefrieren am Gefrierpunkt Erstarrungswarme Verdampfung Sieden am Siedepunkt Verdampfungswarme Gas Resublimation Resublimierung am Resublimationspunkt Resublimationswarme Kondensation am Kondensationspunkt Kondensationswarme Die Sublimation und das Verdampfen kommen auch unterhalb der Sublimations beziehungsweise Siedepunktes vor Man spricht hier von einer Verdunstung Siehe auch Leidenfrost Effekt Alltagsbeispiele Bearbeiten Bezeichnungen fur die Aggregatzustandsanderungen von Wasser Alle Ubergange konnen am Beispiel Wasser im Alltag beobachtet werden siehe Abbildung Schmelzen Bearbeiten Schnee oder Eis fangt im Fruhjahr an flussig zu werden sobald Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur herrschen Erstarren Bearbeiten Kuhlt das Wasser in Seen unter den Gefrierpunkt ab bilden sich Eiskristalle die mit der Zeit immer grosser werden bis die Oberflache mit einer Eisschicht uberzogen ist Verdampfen Bearbeiten Wird Wasser im Kochtopf uber seine Siedetemperatur erhitzt so wird das Wasser gasformig Das Blubbern im Kochtopf kommt zustande weil das Wasser am heissen Topfboden zuerst die Siedetemperatur erreicht Die aufsteigenden Blasen sind der Wasserdampf der wie die meisten gasformigen Stoffe unsichtbar ist Verdunstung der Ubergang von flussig in gasformig ohne Erreichen der Siedetemperatur ist bei Schweiss auf der Haut gut zu beobachten Kondensieren Bearbeiten Der deutlich sichtbare Nebel oberhalb kochenden Wassers der meist umgangssprachlich als Dampf bezeichnet wird ist zu winzigen Wassertropfchen kondensierter Wasserdampf Tau und Wolken entstehen ebenfalls durch kondensierenden Wasserdampf Sublimation Bearbeiten Gefrorene Pfutzen konnen im Winter auch bei Temperaturen weit unterhalb des Gefrierpunktes durch Sublimation nach und nach austrocknen bis das Eis vollstandig sublimiert und die Pfutze verschwunden ist Resublimation Bearbeiten Raureif oder Eisblumen die sich im Winter bilden entstehen durch den aus der Umgebungsluft resublimierenden Wasserdampf Teilchenmodell der Phasenubergange Bearbeiten Schmelzen Bearbeiten Durch Erhohen der Temperatur Zufuhr von thermischer Energie bewegen sich die kleinsten Teilchen immer heftiger und ihr Abstand voneinander wird normalerweise immer grosser Die Van der Waals Krafte halten sie aber noch in ihrer Position ihrem Gitterplatz Erst ab der sogenannten Schmelztemperatur wird die Schwingungsamplitude der Teilchen so gross dass die Gitterstruktur teilweise zusammenbricht Es entstehen Gruppen von Teilchen die sich frei bewegen konnen In ihnen herrscht eine Nahordnung im Gegensatz zur Fernordnung von Teilchen innerhalb des Kristallgitters fester Stoffe Erstarren Bearbeiten Mit Sinken der Temperatur nimmt die Bewegung der Teilchen ab und ihr Abstand zueinander wird immer geringer Auch die Rotationsenergie nimmt ab Bei der sogenannten Erstarrungstemperatur wird der Abstand so klein dass sich die Teilchen gegenseitig blockieren und miteinander verstarkt anziehend wechselwirken sie nehmen eine feste Position in einem dreidimensionalen Gitter ein Es gibt Flussigkeiten die sich bei sinkender Temperatur ausdehnen beispielsweise Wasser Dieses Verhalten wird als Dichteanomalie bezeichnet Verdampfen und Sublimation Bearbeiten Die Geschwindigkeit der kleinsten Teilchen ist nicht gleich Ein Teil ist schneller ein Teil ist langsamer als der Durchschnitt Dabei andern die Teilchen durch Kollisionen standig ihre aktuelle Geschwindigkeit An der Grenze eines Festkorpers oder einer Flussigkeit dem Ubergang einer Phase in eine gasformige kann es mitunter vorkommen dass ein Teilchen von seinen Nachbarn zufallig einen so starken Impuls bekommt dass es aus dem Einflussbereich der Kohasionskraft entweicht Dieses Teilchen tritt dann in den gasformigen Zustand uber und nimmt etwas Warmeenergie in Form der Bewegungsenergie mit das heisst die feste oder flussige Phase kuhlt ein wenig ab Wird thermische Energie einem System zugefuhrt und erreicht die Temperatur die Sublimations oder Siedetemperatur geschieht dieser Vorgang kontinuierlich bis alle kleinsten Teilchen in die gasformige Phase ubergetreten sind In diesem Fall bleibt die Temperatur in der verdampfenden Phase in der Regel unverandert bis alle Teilchen mit einer hoheren Temperatur aus dem System verschwunden sind Die Warmezufuhr wird somit in eine Erhohung der Entropie umgesetzt Wenn die Kohasionskrafte sehr stark sind beziehungsweise es sich eigentlich um eine viel starkere Metall oder Ionenbindung handelt dann kommt es nicht zur Verdampfung Die durch Verdampfen starke Volumenzunahme eines Stoffes kann wenn sehr viel Hitze schlagartig zugefuhrt wird zu einer Physikalischen Explosion fuhren Siehe auch Verdampfen und Sublimation Physik Kondensation und Resublimation Bearbeiten Der umgekehrte Vorgang ist die Kondensation beziehungsweise Resublimation Ein kleinstes Teilchen trifft zufallig auf einen festen oder flussigen Stoff ubertragt seinen Impuls und wird von den Kohasionskraften festgehalten Dadurch erwarmt sich der Korper um die Energie die das kleinste Teilchen mehr trug als der Durchschnitt der kleinsten Teilchen in der festen beziehungsweise flussigen Phase Stammt das Teilchen allerdings von einem Stoff der bei dieser Temperatur gasformig ist sind die Kohasionskrafte zu schwach es festzuhalten Selbst wenn es zufallig so viel Energie verloren hat dass es gebunden wird schleudert es die nachste Kollision mit benachbarten kleinsten Teilchen wieder in die Gasphase Durch Absenken der Temperatur kann man den kleinsten Teilchen ihre Energie entziehen Dadurch ballen sie sich beim Unterschreiten der Sublimations oder Erstarrungstemperatur durch die Wechselwirkungskrafte mit anderen Teilchen zusammen und bilden wieder einen Feststoff oder eine Flussigkeit Phasendiagramme Bearbeiten Hauptartikel Phasendiagramm Phasendiagramm eines gewohnlichen Stoffes und des Wassers Dichteanomalie Das p T Phasendiagramm eines Stoffes beschreibt in Abhangigkeit von Druck und Temperatur in wie vielen Phasen ein Stoff vorliegt und in welchem Aggregatzustand sich diese befinden Anhand der Linien kann man also erkennen bei welchem Druck und welcher Temperatur die Stoffe ihren Aggregatzustand verandern Gewissermassen findet auf den Linien der Phasenubergang zwischen den Aggregatzustanden statt weshalb man diese auch als Phasengrenzlinien bezeichnet Auf ihnen selbst liegen die jeweiligen Aggregatzustande in Form eines dynamischen Gleichgewichts nebeneinander in verschiedenen Phasen vor Bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur dem so genannten Tripelpunkt konnen alle drei Aggregatzustande gleichzeitig vorliegen Es handelt sich dabei um den Punkt in der Mitte des Phasendiagramms an welchem sich alle drei Phasengrenzlinien treffen Der Tripelpunkt eignet sich daher als ein Ausgangspunkt dieser Linien und fur die Festlegung vieler Temperaturskalen Oberhalb eines bestimmten Druckes und einer bestimmten Temperatur dem sogenannten kritischen Punkt konnen Gas und Flussigkeit aufgrund ihrer identischen Dichte nicht mehr unterschieden werden In diesem Zustandsraum kann daher keine Phasengrenzlinie festgelegt werden Fur Drucke unterhalb des Tripelpunkt Druckes kann die Substanz bei einer Senkung der Temperatur nur fest oder bei einer Steigerung der Temperatur nur gasformig werden Die Trennlinie zwischen beiden Bereichen nennt man Sublimationskurve Auf ihr konnen feste und gasformige Phasen gleichzeitig existieren Die Sublimationskurve beginnt theoretisch am absoluten Nullpunkt und endet am Tripelpunkt Fur Drucke oberhalb des Tripelpunkt Druckes ist die Substanz fur Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes fest zwischen Schmelz und Siedepunkt flussig und oberhalb des Siedepunktes gasformig Die Trennlinie zwischen fester und flussiger Phase also die Kurve der Schmelzpunkte nennt man Schmelzkurve die Trennlinie zwischen Flussigkeit und Gas nennt man Siedepunktskurve Beide Kurven beginnen ebenfalls am Tripelpunkt wobei sich die Schmelzkurve theoretisch bis in das Unendliche fortsetzt und die Siedepunktskurve am kritischen Punkt endet Die Freiheitsgrade innerhalb des Phasendiagramms sind von der betrachteten Ebene abhangig Am Tripelpunkt und am kritischen Punkt existiert kein Freiheitsgrad da sowohl Druck als auch Temperatur feste lediglich stoffabhangige Werte besitzen An den Phasengrenzlinien sind entweder Druck oder Temperatur frei wahlbar und bedingen einander es existiert folglich ein Freiheitsgrad Im reinen Zustandsraum also in den Flachen des Phasendiagramms sind Druck und Temperatur frei wahlbar was zwei Freiheitsgraden entspricht Nichtklassische Aggregatzustande BearbeitenNeben den drei klassischen Aggregatzustanden gibt es weitere Materiezustande die zum Teil nur unter extremen Bedingungen auftreten nach Temperatur tendenziell von hoher zu niedriger sortiert Der Plasmazustand Er tritt beispielsweise im Lichtbogen in Sternen und in Kernfusionsreaktoren auf Bei sehr hohen Temperaturen werden die Atome in Atomkern und hulle zerlegt freie Elektronen entstehen Das Atomgas In ihm existieren keine Molekule mehr da die standigen Stosse die Bindungen zerstoren allerdings sind die Elektronen noch fest gebunden Der uberkritische Zustand tritt bei Uberschreiten des kritischen Punktes auf und ist ein Mischzustand zwischen flussig und gasformig Der mesomorphe Zustand Er nimmt eine Zwischenposition zwischen den Aggregatzustanden flussig und fest ein und tritt in verschiedener Auspragung beispielsweise bei Flussigkristallen oder plastischen Kristallen auf Das Bose Einstein Kondensat Hierbei handelt es sich um eine Menge extrem kalter Atome die den gleichen quantenmechanischen Zustand einnehmen dadurch ununterscheidbar werden und sich somit vollkommen koharent verhalten Das Fermionen Kondensat Ein superkalter Zustand von Fermionen welche sich durch ihren halbzahligen Spin von den Bosonen ganzzahliger Spin unterscheiden Das Suprafluid Eine Flussigkeit ohne innere Reibung Das Suprasolid Ein Zustand der bei superkaltem Helium 4 erreicht wird Die Materie zeigt gleichzeitig sowohl Eigenschaften fester als auch suprafluider Korper Literatur BearbeitenPeter Kurzweil Paul Scheipers Chemie Grundlagen Aufbauwissen Anwendungen und Experimente Springer 2010 ISBN 978 3 8348 0341 2 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Guido Kickelbick Chemie fur Ingenieure Pearson Deutschland 2008 ISBN 978 3 8273 7267 3 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche B Engels C Schmuck T Schirmeister R Fink Chemie fur Mediziner Pearson Deutschland 2008 ISBN 978 3 8273 7286 4 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Compact Silver Line Physik Grundwissen Formeln und Gesetze Compact Verlag 2010 ISBN 978 3 8174 7891 0 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Dieter Meschede Christian Gerthsen Gerthsen Physik Springer 2003 ISBN 978 3 540 02622 8 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche uber Plasma als den Vierten Aggregatzustand Weblinks Bearbeiten Commons Aggregatzustand Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Wiktionary Aggregatzustand Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Flash Animationen zu den Aggregatzustanden fest flussig gasformig dwu Unterrichtsmaterialien Einzelnachweise Bearbeiten Iwan Gutzow Jurn Schmelzer The Vitreous State Springer Verlag Berlin Heidelberg 1995 ISBN 978 3 662 03189 6 S 7 doi 10 1007 978 3 662 03187 2 Online abgerufen am 4 Februar 2021 Aggregatzustand In Lexikon der Physik Abgerufen am 4 Februar 2021 Wolfgang Bechmann Ilko Bald Einstieg in die Physikalische Chemie fur Naturwissenschaftler Studienbucher Chemie 7 Auflage Springer Verlag Berlin Heidelberg 2020 ISBN 978 3 662 62033 5 Kapitel 1 1 Begriffe zur Beschreibung stofflicher Zustande doi 10 1007 978 3 662 62034 2 Online abgerufen am 5 Februar 2021 Charles E Mortimer Ulrich Muller Chemie Das Basiswissen der Chemie 13 Auflage Georg Thieme Verlag Stuttgart 2020 ISBN 978 3 13 242274 2 Kapitel 1 2 Elemente Verbindungen Gemische doi 10 1055 b 006 163279 Online abgerufen am 5 Februar 2021 Ulrich Stroth Plasmaphysik Phanomene Grundlagen und Anwendungen 2 Auflage Springer Verlag Berlin 2018 ISBN 978 3 662 55235 3 Kapitel 1 Einleitung doi 10 1007 978 3 662 55236 0 Online abgerufen am 5 Februar 2021 David I Bower An introduction to polymer physics Cambridge University Press Cambridge 2002 ISBN 0 511 07757 2 7 4 Time temperature equivalence and superposition Gert Strobl The Physics of Polymers Concepts for Understanding Their Structures and Behavior 3 Auflage Springer Verlag Berlin Heidelberg 2007 ISBN 978 3 540 25278 8 6 3 Specific Relaxation Processes and Flow Behavior doi 10 1007 978 3 540 68411 4 springer com abgerufen am 5 Februar 2021 J B Clarke J W Hastie L H E Kihlborg R Metselaar M M Thackeray Definitions of terms relating to phase transitions of the solid state IUPAC Recommendations 1994 In Pure and Applied Chemistry Band 66 Nr 3 1 Januar 1994 ISSN 1365 3075 S 577 594 doi 10 1351 pac199466030577 Online abgerufen am 5 Februar 2021 Aggregatzustande Festkorper Flussigkeit Gas Plasma Bose Einstein KondensatUbergange zwischen den klassischen Aggregatzustanden Ausgangs zustand Endzustandfest flussig gasformigfest Schmelzen Sublimierenflussig Erstarren Verdampfen Sieden Verdunsten gasformig Kondensieren Resublimieren Kondensieren Normdaten Sachbegriff GND 4141615 6 OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Aggregatzustand amp oldid 213146934, wikipedia, wiki, deutsches

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