Aggregatzustände

Ein jeder Stoff kann fest, flüssig oder gasförmig vorliegen. Diese Zustände werden als Phasen bezeichnet und hängen von der Temperatur und dem Druck ab. Geht ein Stoff von einer Phase in eine andere über, so bezeichnet man dies als Phasenübergang. Das Verhalten eines Stoffes in Abhängigkeit von Temperatur und Druck lässt sich mit Hilfe seines individuellen Phasendiagramms abbilden.

Den Zustand eines chemisch einheitlichen Stoffes bezeichnet man als Phase oder Aggregatzustand. Ein jeder Stoff kann in fester Form, flüssig oder gasförmig vorliegen. Essenziell für das Verständnis von Phasen und Phasenübergängen ist die Brown’sche Molekularbewegung. Sie ist benannt nach dem schottischen Botaniker Robert Brown, der im 19. Jahrhundert folgende Beobachtung unter dem Mikroskop machte: In der festen Phase nehmen kleinste Teilchen eine feste Position ein und vibrieren lediglich. In der flüssigen Phase sind sie gegeneinander verschiebbar, während sie in Gasen frei beweglich sind.

An der Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Phasen (Phasengrenze) sind die physikalischen Eigenschaften unstetig. Eine Grenzflächenspannung entsteht, da es für Teilchen der beiden aneinandergrenzenden Phasen energetisch ungünstig ist, sich in der Nähe der Grenzfläche aufzuhalten.

Welchen Aggregatzustand ein Stoff annimmt, hängt sowohl von seiner Temperatur als auch vom vorherrschenden Druck ab. Als Faustregel gilt: Je höher die Temperatur und je niedriger der Druck, desto eher liegt ein Stoff flüssig oder sogar gasförmig vor.

Als Phasenübergang bezeichnet man den Übergang eines Stoffes von einer Phase in eine andere, z.B. von flüssig zu gasförmig. Steigt die Temperatur, so nimmt die kinetische Energie der Teilchen zu. In der festen Phase reicht diese Energie noch nicht aus, um die Anziehungskräfte der Teilchen zu überwinden. Übersteigt die kinetische Energie die Anziehungskräfte der Teilchen infolge einer weiteren Temperaturerhöhung, geht der Stoff zunächst in die flüssige Phase über. Er hat noch immer ein definiertes Volumen, aber keine definierte Form mehr. Steigt die Temperatur noch weiter an, so wird der Stoff zu einem Gas. Dieses besitzt ebenfalls keine definierte Form, ist aber im Gegensatz zu einem flüssigen Stoff komprimierbar.

Die Phasenübergänge werden wie folgt bezeichnet:

• fest → flüssig: Schmelzen
• flüssig → gasförmig: Verdampfen
• gasförmig → flüssig: Kondensieren
• flüssig → fest: Gefrieren/Erstarren
• fest → gasförmig: Sublimieren
• gasförmig → fest: Resublimieren

Ein Phasendiagramm zeigt die unterschiedlichen Phasen eines bestimmten Stoffes in einem Temperatur-Druck-Diagramm. Für jede Kombination von Temperatur und Druck zeigt es, in welcher Phase sich dieser bestimmte Stoff befindet. Für jeden Stoff muss ein individuelles Phasendiagramm erstellt werden. In ihm kann man die Temperaturen und den Druck sehen, die für die verschiedenen Phasenübergänge notwendig sind.

In einem Phasendiagramm lassen sich eine Schmelzpunktkurve (Übergang von fest zu flüssig), eine Siedepunktkurve (Übergang von flüssig zu gasförmig) und eine Sublimationskurve (Übergang von fest zu gasförmig) finden. Am Schnittpunkt dieser drei Kurven befindet sich der sogenannte Tripelpunkt. Hier kann ein Stoff in allen drei Phasen vorliegen. Am sogenannten kritischen Punkt sind die Dichten von flüssiger und gasförmiger Phase identisch. Jeder Stoff ist individuell in seinem Phasenübergang, wodurch es Stoffe gibt, bei denen niedrige und hohe Schmelz- und Siedetemperaturen existieren. Am Tripelpunkt stehen Temperatur und Druck der drei Phasen im thermodynamischen Gleichgewicht. Das heißt, dass der Stoff an diesem Punkt gleichzeitig fest, flüssig und gasförmig ist.

https://de.wikipedia.org/wiki/Phasenübergang#/media/Datei:He4_de.svg

Osmose beschreibt die Bewegung von Teilchen durch eine semipermeable Membran, die nur für das Lösungsmittel durchlässig ist, nicht aber für die Stoffe in der Lösung. Diese Bewegung unterliegt der Brown’schen Molekularbewegung und der Diffusion, bei der sich Teilchen von Orten höherer Konzentration zu Orten niedrigerer Konzentration bewegen. Die in dem Lösungsmittel gelösten Moleküle verursachen auf der Seite mit der höheren Konzentration von Stoffen eine Art von Druck, den man osmotischen Druck nennt.