Der Aggregatzustand

Vielleicht hast du schon einmal beobachtet, wenn du Zucker in einem Reagenzglas erhitzt, dass sich Zucker erst braun und dann schwarz färbt. Erhitzt du hingegen ein Glasrohr in einem Gasbrenner, so beginnt das Glas ab einer bestimmten Temperatur weich zu werden und wenn du das Glas weiter erhitzt, bringst du das Glas zum Schmelzen. An diesem Beispiel erkennst du, dass sich Feststoffe beim Erhitzen verändern.

Erhitzt du hingegen Flüssigkeiten (in einem Reagenzglas), so lässt sich meist keine Veränderung des Stoffes feststellen. Egal ob du Alkohol, Benzin oder Wasser erhitzt. Beim Erhitzen (in einem Reagenzglas) beginnt der jeweilige Stoff bei einer bestimmten Temperatur zu sieden, der Stoff ändert also nur seinen Aggregatzustand und wird gasförmig. Der Stoff bleibt dabei unverändert.

Wie kann nun der Aggregatzustand erklärt werden?

Der Aggregatzustand

Stoffe können im Allgemeinen drei Zustände einnehmen: fest, flüssig, gasförmig. Diese Zustände werden dabei als Aggregatzustände.bezeichnet.

Der Aggregatzustand hat im Anfangsunterricht im wesentlichen eine Einteilungs- bzw. Charakterisierungsfunktion, d.h. man kann bestimmte Stoffe (bei gleicher Temperatur und gleichem Druck) in drei Klassen (je nach Aggregatzustand einteilen): fest (Feststoffe), flüssig (Flüssigkeiten) und gasförmig (Gase). Diese Einteilung kann durchaus sinnvoll sein, z.B. könntest du Stoffe erst in brennbar und nichtbrennbar einteilen. Anschließend kannst du die Gruppe der brennbaren Stoffe noch (anhand ihres Aggregatzustands) einteilen in brennbare Feststoffe, brennbare Flüssigkeiten und brennbare Gas. Dies hat vor allem Bedeutung bei der Einhaltung von Sicherheitsvorschriften beim Experimentieren.

Der Aggregatzustand ermöglicht also, Stoffgruppen (z.B. wasserlösliche Stoffe)weiter unterteilen.

Stoffe können in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck in unterschiedlichen Aggregatzuständen vorliegen. Um das Phänomen der Änderung des Aggregatzustandes zu erklären, können wir das einfache, erweiterte Teilchenmodell verwenden.

• Beim Übergang der Aggregatzustände kommt es zu keiner Massezu- oder abnahme. Ein Stoff (z.B. Wasser) verändert beim Erhitzen seine Aggregatzustände, allerdings sind in allen Aggregatzuständen gleich viele Teilchen vorhanden.

Merkmale der Aggregatzustände

• Fest: Ein Feststoff ist in seiner Form nahezu unveränderlich, d.h. feste Stoffe weisen eine Form auf. Diese ist unabhängig vom Gefäß, in dem sie sich befinden. Beispiel: Zuckerwürfel in einer Dose, die Form der Zuckerwürfel passt sich der Dose nicht an (Hinweis: dies gilt nicht für pulverförmige feste Stoffe). Das Volumen von festen Stoffen ist auch nahezu unveränderlich (keine Temperaturänderung), dass bedeutet, auch bei Zusammendrücken des Stoffes wird das Volumen, das der Stoff einnimmt, nicht kleiner.

• Flüssig: Eine Flüssigkeit ist in ihrer Form veränderlich, d.h. Flüssigkeiten passen sich der Form des Gefäßes an. “Drückt” man Flüssigkeiten zusammen, so ändert sich das Volumen, das die Flüssigkeit einnimmt, kaum.

• Gasförmig: Ein Gas ist in seiner Form veränderlich, d.h. Gase passen sich wie Flüssigkeiten der Form des Gefäßes an, in dem sie sich befinden. Im Gegensatz zu festen Stoffen und Flüssigkeiten sind bei Gasen die Volumina veränderlich, d.h.Gase sind komprimierbar, d.h. sie lassen sich “zusammendrücken”.

Der Aggregatzustand – Testfragen/-aufgaben

1. Was versteht man unter dem Begriff “Aggregatzustand”?

Der Aggregatzustand eines Stoffes beschreibt die Form, in der er vorkommt – fest, flüssig oder gasförmig – basierend auf den thermodynamischen Bedingungen, insbesondere Druck und Temperatur.

2. Wie viele Aggregatzustände gibt es und wie heißen diese?

Es gibt drei klassische Aggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig. Darüber hinaus gibt es noch weitere, wie z.B. Plasma, aber diese sind für den Schulunterricht weniger relevant.

3. Welche Faktoren können den Aggregatzustand eines Stoffes beeinflussen?

Der Aggregatzustand eines Stoffes kann durch Änderungen von Temperatur und Druck beeinflusst werden.

4. Was passiert bei der Erhöhung der Temperatur mit einem festen Stoff?

Bei Erhöhung der Temperatur wird ein fester Stoff in der Regel zuerst flüssig (Schmelzen) und dann gasförmig (Verdampfen).

5. Was beschreibt der Schmelzpunkt eines Stoffes?

Der Schmelzpunkt ist die Temperatur, bei der ein Stoff vom festen in den flüssigen Aggregatzustand übergeht.

6. Was ist der Unterschied zwischen einer Sublimation und einer Resublimation?

Bei der Sublimation geht ein Stoff direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über, ohne flüssig zu werden. Bei der Resublimation erfolgt der Übergang direkt vom gasförmigen in den festen Zustand.

7. Welche Rolle spielt der Druck bei den Übergängen zwischen den Aggregatzuständen?

Der Druck kann den Übergang zwischen den Aggregatzuständen beeinflussen. Bei höherem Druck sind höhere Temperaturen erforderlich, um einen Übergang von einem Zustand in einen anderen zu bewirken.

8. Was versteht man unter dem Begriff “Tripelpunkt”?

Der Tripelpunkt ist der spezifische Druck und die spezifische Temperatur, bei der alle drei klassischen Aggregatzustände gleichzeitig auftreten können.

9. Wie verhält sich Wasser unter Normalbedingungen in Bezug auf seine Aggregatzustände?

Unter Normalbedingungen (Temperatur: 20°C, Druck: 1 atm) befindet sich Wasser im flüssigen Zustand. Bei 0°C gefriert es, bei 100°C verdampft es.

10. Was ist speziell am Aggregatzustand von Helium bei sehr niedrigen Temperaturen?

Bei sehr niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt ( -273.15°C) geht Helium in den superfluiden Zustand über, in dem es ohne innere Reibung fließen kann.