Aggregatzustand
Als Aggregatzustände bezeichnet man qualitativ verschiedene Zustände von Stoffen.
Der Aggregatszustand einer Substanz hängt von Temperatur und Druck ab. Die Abhängigkeit des Aggregatszustandes von diesen Größen wird üblicherweise in einem so genannten Phasendiagramm dargestellt. Eine Phase ist ein in sich homogener Bereich in einem heterogenen Stoff.
Es gibt drei klassische Aggregatzustände:
- fest - in diesem Zustand behält ein Stoff im Allgemeinen sowohl Form als auch Volumen bei (Festkörper).
- flüssig - hier wird das Volumen beibehalten, aber die Form ist unbeständig und passt sich dem umgebenden Raum an (Flüssigkeit).
- gasförmig - hier entfällt auch die Volumenbeständigkeit, ein Gas füllt den zur Verfügung stehenden Raum vollständig aus (Gas).
Ein weiterer Aggregatzustand, der in Sternen oder in Fusionsreaktoren auftritt ist der
- Plasmazustand - bei sehr hohen Temperaturen werden die Atome in Bruchstücke zerlegt, die chemische Beschaffenheit des betrachteten Stoffes kann sich ändern, freie Elektronen entstehen (Plasma).
Ein typisches Phasendiagramm sieht folgendermaßen aus:
- Bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur (dem so genannten Tripelpunkt) können alle drei Aggregatszustände gleichzeitig vorliegen.
- Für Drücke unterhalb des Tripelpunkt-Druckes kann die Substanz nur fest (niedrige Temperatur) oder gasförmig (hohe Temperatur) sein. Die Trennlinie zwischen beiden Bereichen nennt man Sublimationskurve. Auf ihr können feste und gasförmige Phase gleichzeitig existieren. Die Sublimationskurve endet am Tripelpunkt.
- Für Drücke oberhalb des Tripelpunkt-Druckes ist die Substanz für Temperaturen unterhalb des temperaturabhängigen Schmelzpunktes fest, zwischen Schmelz- und ebenfalls temperaturabhängigem 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 enden ebenfalls am Tripelpunkt.
- Die Siedepunktskurve verläuft vom Tripelpunkt bis zum so genannten kritischen Punkt. Für Temperaturen oder Drücke jenseits des kritischen Punktes verschwindet der Unterschied zwischen Flüssigkeit und Gas.
Einen Stoff im festen Aggregatzustand nennt man Festkörper, einen Stoff im flüssigen Aggregatzustand nennt man Flüssigkeit und einen Stoff im gasförmigen Aggregatzustand nennt man Gas.
Die Übergänge zwischen den verschiedenen Aggregatzuständen haben spezielle Namen:
- fest → flüssig schmelzen
- fest → gasförmig sublimieren
- flüssig → fest erstarren, gefrieren
- flüssig → gasförmig verdampfen
- gasförmig → fest resublimieren
- gasförmig → flüssig kondensieren
Neben diesen recht allgemeinen Aggregatszuständen gibt es auch Aggregatszustände, die nur für einige Substanzen auftreten. Dazu gehören die Suprafluidität, das Bose-Einstein-Kondensat und das Fermionische Kondensat. Flüssigkristalle haben in einem bestimmten Temperaturbereich einen Zustand, der zwischen fest und flüssig liegt.