Aggregatzustände Plasma Kugel

Wie die klassischen Aggregatzustände entstehen

Den meisten sind die drei klassischen Aggregatzustände bekannt: fest, flüssig und gasförmig. Wasser ist bei Minusgraden fest, im normalen Zustand flüssig und im Ofen kann es in den gasförmigen Zustand übergehen. Metalle wie Kupfer oder Eisen sind natürlich fest und unser lebensnotwendiger Sauerstoff ist gasförmig. Doch wie geht Wasser eigentlich in den festen oder in den gasförmigen Zustand über? Welche chemischen Reaktionen gehen bei den verschiedenen Formen der Aggregatzustände vor? Und gibt es noch mehr als diese drei Zustände?

Aggregatzustände flüssig in Glas
Wasser als flüssige Form der Aggregatzustände (c) Mario Heinemann / pixelio.de

Basic Facts zu den Aggregatzuständen

 

Als Aggregatzustand bezeichnet man den Zustand, den ein Stoff annehmen kann. Der Übergang zu einem anderen der Aggregatzustände wird dadurch erreicht, indem man die Temperatur und/oder den einwirkenden Druck ändert. Wasser – zum Beispiel – kann man durch Wärmezuführung von Eis über Wasser bis hin zum Wasserdampf übergehen lassen. Je niedriger der Luftdruck, um so niedriger die Temperatur, bei der Wasser kocht. Neben den drei klassischen Aggregatzuständen – fest, flüssig und gasförmig – gibt es in der Physik darüber hinaus weitere nicht klassische Zustände wie das Plasma.

 
 

Die drei klassischen Aggregatzustände im Detail

 

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[tabtext] 1. Der Festkörper [/tabtext]
[tabtext]2. Die Flüssigkeit [/tabtext]
[tabtext] 3. Das Gas [/tabtext]
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Jeder kennt feste Körper. Wir sind umgeben von ihnen: Metalle zur Verwendung von Kontakten in Industrie PCs, Kunststoffe für die Herstellung von Teichfolie und eigentlich alles was man so anfassen kann. Vielleicht trinken Sie ja gerade ein Getränk mit Eis darin. Eiswürfel sind Wasser im Zustand eines Festkörpers. Doch wie sieht es auf atomarer Ebene dieses Aggregatzustandes aus? Wie kann es funktionieren? Die Atome, aus denen ein Stoff zusammengesetzt ist, befinden sich im Zustand des Feststoffes in einer starken Wechselbeziehung, einem Teilchenmodell der Ordnung. Die Atome sind sozusagen in einem unsichtbaren Netz aus Abstoßung und Anziehung gebunden und ihre Bewegungsenergie (was wir als Temperatur wahrnehmen) ist zu gering, um sich aus diesem Netz zu befreien. Sie hängen dicht beieinander und wir sehen den Eiswürfel als festen Körper.

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Nimmt man den Eiswürfel aus der Tiefkühltruhe, fängt er bei Zimmertemperatur natürlich langsam an, zu schmelzen, jeder kennt das wohl. Die Teilchen sind in einer Flüssigkeit nicht mehr so eng gebunden wie in einem Festkörper. Die Teilchen haben schon genug Energie, sich etwas mehr zu bewegen und sind weniger im Teilchenmodell „gefangen“. Die Atome des Wassers haben bei Zimmertemperatur also genug Geschwindigkeit, um sich etwas zu befreien und neue Aggregatzustände und damit ein neues Teilchenmodell zu erreichen.
Übergreifend zum Thema Flüssigkeit wird vor allem bei der Bautrocknung von einem Rohbau die Restflüssigkeit aus dem Estrich gezogen. Diese Trockenphase ist besonders wichtig, das es sonst zu Folgeschäden kommen kann.

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Kocht man Wasser, führt man der Flüssigkeit thermische Energie zu. Das bedeutet wiederum nichts anderes, als die Bewegungsenergie der Atome zu erhöhen. Irgendwann ist sie so hoch, dass die Bindung zwischen den Atomen zerbricht und sie sich frei und ungebunden voneinander bewegen können. Diese Form der Aggregatzustände nehmen wir als Gas wahr. Die Teilchen sind in ständiger Bewegung und in Unordnung und haben ein Teilchenmodell des Chaos. Die Produkte in Gefriertrocknung werden auch einer Umwandlung in die gasförmige Phase unterzogen. Außerdem spielen Gase bei dem Treibhauseffekt eine große Rolle. Ionisierte und damit geladene Gase bezeichnet man als Plasmen.

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Zusammenfassung

Aggregatzustände Plasma Kugel
Plasma gilt als vierte Form der Aggregatzustände, die in der Forschung eine große Rolle spielt (c) Th. Reinhardt / pixelio.de

Die Aggregatzustände hängen also letzten Endes davon ab, wie schnell sich Atome bewegen können. Und das Teilchenmodell geht von der Ordnung im Festkörper zum Chaos in einem Gas. Um Aggregatzustände in eine andere beliebige Richtung ändern zu können, muss man den Atomen entweder Energie, in Form von Wärme, zuführen oder entziehen. Dadurch werden die Atome entweder angeregt, sich schneller zu bewegen und sich aus ihrer Anordnung zu lösen und nehmen somit einen der anderen Aggregatzustände an, oder aber abgebremst, dann fügen sie sich wieder in die alte Ordnung zurück.

Besonderheit: Wasser ist die einzige chemische Verbindung, die auf der Erde in allen drei klassischen Aggregatzuständen vorkommt.

 
 

Nicht klassische Aggregatzustände, die Plasmen

Die Physik kennt noch weitere Aggregatzustände. Das bekannteste sind die Plasmen, die in Blitzen und auch der Sonne vorkommen. Plasmen sind Gase aus elektrisch geladenen Atomen. Für den normalen Menschen spielen jene Plasmen aber keine Rolle, da diese Aggregatzustände auf der Erde nur künstlich vorkommen.

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