Aggregatzustände und Übergänge

Der Aggregatzustand eines Stoffes bezeichnet dessen druck- und temperaturabhängigen physikalischen Zustand. Insgesamt gibt es drei klassische Aggregatzustände:

Fest:
Feste Stoffe werden auch gerne als Festkörper bezeichnet. Sie halten Form als auch Volumen bei.

Flüssig:
Flüssigkeiten behalten ebenso ihr Volumen bei (inkompressible Fluide) – sind aber in der Form veränderbar.

Gasförmig:
Gase füllen immer den ihnen zur Verfügung stehenden Raum aus und sind daher form- und volumenunbeständig.

In der Thermodynamik werden die verschiedenen Aggregatzustände gerne als Phase bezeichnet. Je nach vorherrschender Temperatur und Druck können sich die Zustände ineinander umwandeln. Diese Abhängigkeit lässt sich stoffspezifisch in einem Phasendiagramm darstellen.

Um die verschiedenen Zustände und ihre zugrunde liegenden Eigenschaften besser zu verstehen, blicken wir zunächst auf das Teilchenmodell. Der Einfachheit halber soll hier die Annahme getroffen werden, dass die Teilchen eines Stoffes aus kleinen runden Kugeln bestehen.
Dabei wirkt sich die Temperatur auf den jeweiligen Stoff direkt über die mittlere kinetische Energie seiner Teilchen aus (mehr erfahren, was Temperatur eigentlich ist).

Stoffe sind auch in der Lage, ihren Aggregatzustand je nach vorherrschender Temperatur und Druck zu ändern. Diese auch als Phasenübergänge bezeichneten Vorgänge sind einem temperatur- und druckabhängigen Phasendiagramm – für Reinstoffe als auch Stoffgemische - aufgezeigt. Die Übergangsbedingungen der jeweiligen Zustände entsprechen dabei jeweils den Phasengrenzlinien im Phasendiagramm.
Die nötige Temperatur, die dabei für den betrachteten Phasenübergang notwendig ist, hängt vom vorherrschenden Druck ab.

Generell lassen sich folgende Phasenübergänge und ihre zugehörigen Aggregatzustandsänderungen formulieren:

- fest zu flüssig: Schmelzen (z. B. Schmelzen von Eisen)
- flüssig zu fest: Erstarren (Wasser gefriert zu Eis, Abkühlen einer Metallschmelze)
- flüssig zu gasförmig: Verdampfen (z. B. Kochen von Wasser)
- gasförmig zu flüssig: Kondensieren (Wasserdampf aus Kochtopf kondensiert an Küchenschränken)

Es ist auch möglich, dass ein Stoff vom festen direkt in den gasförmigen Zustand übergeht. Hier wird dann von „sublimieren“ bzw. „resublimieren“ gesprochen. So gehen beispielsweise Arsen, Kohlenstoff oder Bor bei Erhitzung unter Normaldruck direkt in die Gasphase über.