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Team Digital
Die drei Aggregatzustände
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Grundlagen zum Thema Die drei Aggregatzustände

Aggregatzustände – einfach erklärt

Der Aggregatzustand beschreibt die Beschaffenheit eines Stoffes.

In der klassischen Physik gibt es genau drei Aggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig. Grundsätzlich kann fast jeder Stoff diese Zustände annehmen, auch wenn manchmal extrem hohe oder tiefe Temperaturen und extreme Druckverhältnisse dazu nötig sind.

Eisen kennen wir aus unserem Alltag zum Beispiel nur in fester Form. Aber vielleicht hast du schon einmal im Fernsehen gesehen, wie Eisen geschmolzen wird, um daraus Bauteile herzustellen. Es gibt aber für Aggregatzustände auch Beispiele, denen wir in unserem Leben häufig begegnen. An einem solchen Beispiel wollen wir uns anschauen, wie diese Zustände und alle Zustandsänderungen im Teilchenmodell aussehen.

Aggregatzustände – Beispiel Wasser

Die drei Aggregatzustände von Wasser sehen wir häufig in unserem Alltag. Im Winter, wenn die Temperaturen unter $0\,^\circ\text{C}$ fallen, gefriert Wasser zu Eis – das Wasser nimmt seinen festen Aggregatzustand an. Wenn es lange genug kalt bleibt, kann man sogar auf zugefrorenen Seen Schlittschuh laufen. Steigen die Temperaturen im Frühling wieder über $0\,^\circ\text{C}$, schmilzt das Eis und wird zu flüssigem Wasser. Man nennt diese Temperatur, bei der Wasser zu Eis wird, deswegen auch die Gefriertemperatur (beim Übergang von flüssig zu fest) oder Schmelztemperatur (beim Übergang von fest zu flüssig) von Wasser. Den dritten Aggregatzustand von Wasser kennen wir zum Beispiel vom Kochen: Wird Wasser in einem Topf auf eine Temperatur von mindestens $100\,^\circ\text{C}$ erhitzt, beginnt es zu sieden. Ein Teil des Wassers steigt in Form von gasförmigem Wasserdampf auf. Die Temperatur, ab der ein Stoff zu sieden beginnt, nennt man Siedetemperatur.

Aggregatzustände – Teilchenmodell

Schauen wir uns nun an, wie die Aggregatzustände im Teilchenmodell aussehen. Dazu stellen wir uns vor, dass unser Material aus lauter kleinen, kugelförmigen Teilchen besteht. Zwischen diesen Kugeln wirken anziehende Kräfte, die sie zusammenhalten. Im festen Zustand sind diese Kräfte sehr stark und die Teilchen sind sehr eng zusammen. Das ist zum Beispiel bei Wasser in der Form von Eis so.

Erhöhen wir die Temperatur, führen also Wärme zu, wird die Wirkung der anziehenden Kräfte geschwächt und es kommt zu einer Aggregatzustandsänderung. Die Teilchen sind zwar immer noch in kleinen Gruppen aneinandergebunden, können sich aber auch trennen und mit anderen Kugeln neue Gruppen bilden. Der Stoff ist jetzt flüssig. Bei Wasser wäre das bei über $0\,^\circ\text{C}$ der Fall.

Erhöhen wir die Temperatur noch weiter, fügen also noch mehr Wärme hinzu, sind die Teilchen gar nicht mehr aneinander gebunden. Sie sind die meiste Zeit weit voneinander entfernt und können sich frei bewegen. Der Stoff liegt jetzt im gasförmigen Zustand vor. Bei Wasser wäre das bei über $100\,^\circ\text{C}$ der Fall.

Man kann die Aggregatzustände und Übergänge natürlich auch in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen, also von gasförmig zu flüssig zu fest. Dabei wird dem Stoff Wärme entzogen. Das passiert zum Beispiel im Kühlschrank oder Gefrierfach. Grafisch dargestellt sehen die drei Aggregatzustände im Teilchenmodell so aus:

Aggregatzustände in der Physik

Aggregatzustände – Zustandsänderungen in der Thermodynamik

In der Thermodynamik, die sich mit solchen Aggregatzuständen und Zustandsänderungen befasst, haben die verschiedenen Übergänge spezielle Namen. Der Übergang von fest zu flüssig ist das Schmelzen, wie wir es von Eis kennen. Der Übergang von flüssig zu gasförmig ist das Verdampfen. Geht ein Stoff von der gasförmigen in die flüssige Form über, bezeichnen wir diesen Prozess als das Kondensieren und wenn er vom flüssigen in den festen Aggregatzustand übergeht, sprechen wir vom Erstarren.

Neben diesen Zustandsänderungen, die wir schon kennengelernt haben, gibt es auch noch das Sublimieren und das Resublimieren. Als Sublimation bezeichnet man es, wenn ein Stoff vom festen direkt in den gasförmigen Zustand übergeht. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn Wäsche trotz negativer Temperaturen an der frischen Luft trocknet. Resublimation ist der umgekehrte Prozess, wenn also ein gasförmiger Stoff direkt zum festen Zustand erstarrt. Das kann passieren, wenn man kochendes Wasser bei sehr niedrigen Temperaturen ausschüttet. Dann wird der heiße Wasserdampf direkt zu Schnee.

Die Prozesse sind hier noch einmal in einem Schaubild zusammengefasst:

Zustandsänderungen Definition und Arten

Aggregatzustände – Beispiele

Die Temperaturen, bei denen Stoffe ihre Aggregatzustände ändern, sind teilweise sehr unterschiedlich. In der folgenden Tabelle sind ein paar Beispiele zusammengestellt:

Aggregatzustände – Tabelle

Schmelztemperatur in °C Siedetemperatur in °C
Wasser $0$ $100$
Sauerstoff $−219$ $−183$
Helium $−272$ $−269$
Kerzenwachs (Paraffin) $65$ $260$
Gold $1\,064$ $2\,700$
Eisen $1\,538$ $2\,862$

Aggregatzustände – Arten

In der klassischen Physik gibt es drei Aggregatzustände – und zwar genau die, die wir hier besprochen haben: fest, flüssig und gasförmig. Bei sehr extremen Bedingungen, wie zum Beispiel sehr hohen Drücken oder sehr hohen Temperaturen, können noch weitere Aggregatzustände auftreten. Diese Zustände bezeichnet man auch als nicht-klassisch. Ein Beispiel dafür ist Plasma. Diesen Zustand findet man beispielsweise in Sternen wie unserer Sonne oder auch bei Kerzen: Die leuchtende Flamme, die du beim Brennen einer Kerze siehst, ist ein Plasma.

Zusammenfassung der Aggregatzustände

  • Stoffe können in drei verschiedenen Aggregatzuständen vorliegen: fest, flüssig und gasförmig.
  • Der Aggregatzustand eines Stoffes hängt mit der Anordnung der Teilchen des Stoffes zusammen. Liegen diese nahe beieinander, ist der Stoff fest. Können sich diese frei voneinander bewegen, ist der Stoff gasförmig.
  • Die Bewegung der Teilchen wird durch die Temperatur beeinflusst. Durch eine Veränderung der Temperatur kann sich also der Aggregatzustand eines Stoffes verändern.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Aggregatzustände

Welche Aggregatzustände gibt es?
Wie viele Aggregatzustände gibt es?
Wie heißen die drei Aggregatzustände?
Welche Aggregatzustände kann Wasser haben?

Transkript Die drei Aggregatzustände

Na, was wächst hier? Und was fließt hier? EIS und EISEN – nur nicht so, wie du's vielleicht aus dem Alltag kennst. Doch die meisten Materialien sind wandelbarer als man denkt. Dem gehen wir in diesem Video über "die drei Aggregatzustände" auf den Grund. Die drei Aggregatzustände sind "fest", flüssig" und "gasförmig". Diese Zustände können die meisten Materialien – wir nennen sie auch STOFFE – annehmen. Das kennst du ganz sicher von WASSER, das es auch in Form von EIS oder WasserDAMPF gibt, aber das gilt eben auch für viele andere Stoffe. Aber warum läuft uns im Alltag so wenig "flüssiges Plastik" und "gasförmiges Glas" über den Weg? Das liegt daran, dass bei jedem Stoff die Temperatur- und Druckverhältnisse entscheiden, in welchem Aggregatzustand der Stoff vorliegt. WASSER liegt bei Normaldruck unter null Grad Celsius in FESTER Form vor und ist bei über einhundert Grad Celsius GASFÖRMIG. Diese Temperaturen kommen in unserem Alltag und auch draußen in der Natur durchaus mal vor. Aber bei den meisten anderen Stoffen liegen die entsprechenden Temperaturbereiche deutlich weiter auseinander. So wird EISEN erst ab EINTAUSENDFÜNFHUNDERT Grad Celsius flüssig, und das Gas Kohlenstoffdioxid wird bei ca. MINUS-ACHTZIG Grad Celsius fest – zu sogenanntem "Trockeneis". Die Temperatur, bei der der Übergang, also die Aggregatzustands-ÄNDERUNG von "fest" zu "flüssig" stattfindet, nennt man SCHMELZPUNKT, und den Vorgang "Schmelzen". Der Übergang von "flüssig" zu "gasförmig" findet am SIEDEPUNKT statt. Diesen Vorgang nennt man SIEDEN oder auch VERDAMPFEN. KOCHEN ist streng genommen KEIN physikalischer Ausdruck. Bei geringerem Umgebungsdruck sind diese Übergangstemperaturen bei allen Stoffen NIEDRIGER. Deshalb siedet Wasser zum Beispiel schon bei ACHTZIG Grad Celsius, wenn man sich auf einem sehr hohen Berg befindet, da der Luftdruck dort geringer ist. Unter bestimmten Bedingungen geht ein Stoff auch direkt vom "festen" in den "gasförmigen" Zustand über. Das nennt man "sublimieren". Das ist zum Beispiel bei Trockeneis unter Normaldruck zu beobachten. Und es gibt natürlich in allen Fällen auch die UMGEKEHRTEN Vorgänge, wenn die Temperatur nicht STEIGT, sondern unter die jeweilige Übergangstemperatur SINKT. Man nennt es ERSTARREN, wenn eine Flüssigkeit fest wird, wobei GEFRIEREN wieder nur ein für Wasser gebräuchlicher Alltagsbegriff ist, und KONDENSIEREN, wenn ein gasförmiger Stoff flüssig wird. Auch das Sublimieren gibt es in umgekehrter Richtung, man spricht dann einfach von REsublimieren. Das ist es, was HIER passiert: Unsichtbarer Wasserdampf aus der Luft scheidet sich direkt in fester Form ab und sorgt dafür, dass die Eiskristalle wachsen. So, jetzt haben wir eine ganze Reihe von Wörtern beisammen, um den Wechsel zwischen den Aggregatzuständen zu beschreiben. Aber warum passieren diese überhaupt? Ganz eindeutig spielt die TEMPERATUR dabei eine sehr große Rolle – bloß was steckt dahinter? Das können wir erklären, wenn wir uns Folgendes klar machen: Alle Stoffe bestehen aus unzähligen TEILCHEN, die so klein sind, dass wir sie nicht sehen können, die sich aber gemeinsam zu ganzen Gegenständen und sogar Lebewesen – in der Physik nennen wir beides einfach KÖRPER – zusammensetzen können. Es ist nun ganz einfach so: In einem "Feststoff" sitzen die Teilchen ganz nah beieinander und sind fest miteinander verbunden. In einer "Flüssigkeit" sind sie lockerer angeordnet und können sich hin- und herbewegen, bilden aber noch einen Verbund mit festen Grenzen. In einem "Gas" sind sie hingegen völlig frei beweglich und haben keinerlei Bindung mehr zueinander. Der entscheidende Punkt dabei ist: Alle Teilchen in allen Stoffen sind ständig in Bewegung. Deshalb breiten sich Gase im Raum aus, und Flüssigkeiten können auseinanderfließen. Aber auch in Feststoffen wackeln und schwingen die Teilchen auf ihren festen Plätzen. Steigt nun die Temperatur, wird die Bewegung der Teilchen immer stärker und schneller, bis am "Schmelzpunkt" schließlich die starren Bindungen aufbrechen und der Stoff sich verflüssigt, oder am "Siedepunkt" die Teilchen jegliche Bindung zueinander verlieren und der Stoff gasförmig wird. Dabei können sich die Teilchen sogar so schnell ausbreiten, dass durch ihre Bewegung ein Geräusch entsteht, wie man es bei manchen Teekochern hören kann. Fassen wir zusammen: Es gibt drei Aggregatzustände: "fest, flüssig und gasförmig". Viele Stoffe können, wie Wasser, alle drei Aggregatzustände annehmen. Für die Übergänge zwischen den Zuständen gibt es DIESE Bezeichnungen, wobei die Schmelz- und Siedepunkte bei VERSCHIEDENEN Stoffen auch bei VERSCHIEDENEN Temperaturen liegen. Das ergibt sich aus der Anordnung der TEILCHEN, aus denen ein Stoff besteht, da sich die Teilchen bei höheren Temperaturen stärker und schneller bewegen. Manchmal bewegen sich die Teilchen aber auch ZU schnell für unseren Geschmack.

9 Kommentare
9 Kommentare
  1. das ist cool

    Von Benjamin, vor etwa 2 Monaten
  2. Auch die Erklärung unter den Videos ist total hilfreich!

    Von Emma, vor 2 Monaten
  3. Hallo liebes Sofatutor-Team,
    danke für dieses toll erklärte Video! ich habe im Moment noch NaWi (Naturwissenschaften) und dieses Video hat mir echt geholfen alles zusammenzusetzten. Ich finde eure Ideen in den Videos immer so toll! Ihr helft mir aus jeder Notlage, in der ich denke ich kann nichts mehr;-)
    Danke!

    Von Emma, vor 2 Monaten
  4. gut

    Von Jan, vor 3 Monaten
  5. supaaaaaaaaa
    dankeee

    Von Toto✨, vor 3 Monaten
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