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Aggregatzustände



Die Schwingungen der einzelnen Moleküle erklären gut, warum es überhaupt einen absoluten Nullpunkt der Temperatur gibt. Denn sie verlangsamen sich und kommen in diesem Punkt zur Ruhe. Nicht völlig klar ist zwischen den verschiedenen Informationsquellen, ob in diesem Punkt die Entropie Null ist. Eigentlich gilt das nur für schon vorher geordnete Strukturen wie beispielsweise Kristalle.

Auch erklärt die Bewegung der Moleküle, warum sich verschiedene Gase vermischen, wenn sie Verbindung zueinander haben oder erhalten. Das wäre dann wieder so eine typische 'spontane' Reaktion, also eine, die von selbst abläuft. Dabei ist die Erhöhung der Entropie eine Tatsache und auch, dass sich hierbei die innere Energie (Enthalpie) des Gesamtsystems nicht ändert.

Mit der Bewegung der Moleküle lassen sich auch Übergänge zwischen verschiedenen Aggregatzuständen erklären. Das Verdampfen von auf einer Heizplatte erhitztem Wasser ist übrigens mit Konvektion und einer Menge Geräusch (Blubbern) verbunden, weil sich am Boden des Gefäßes Dampfblasen bilden, die auf dem Weg nach oben implodieren und wieder zu Wasser werden.

Denn Dampf-Moleküle nehmen einen sehr viel größeren Raum ein. Wann Wasser verdampft, hängt vom Außendruck ab. Ab einem gewissen Abstand von der Meereshöhe verdampft es bei so niedrigen Temperaturen, dass z.B. die Kartoffeln nicht gar werden können.

Umgekehrt kann es auch bei höheren Temperaturen als 100°C noch flüssig bleiben. Damit kann dann ein Verbrennungsmotor ökonomischer mit deutlich über 90°C betrieben werden, und es bleibt trotzdem zum Ausregeln noch genügend Temperatur nach oben bis zum Verdampfen. Voraussetzung ist natürlich, das Kühlsystem steht unter bis zu 1,5 bar Druck. In Kraftwerken kann bis 300°C flüssiges Wasser vorkommen. Platzt allerdings bei dem enormen Druck ein Rohr, gibt es oft Tote.

Man könnte auch unter Normaldruck das Wasser im Motor zu Dampf werden lassen. Da 1 Kilogramm Wasser zum Verdampfen 2300 kJ an Wärme aufnimmt, aber von 0 auf 100°C nur 430 kJ, ist die Effektivität dieser Methode wohl deutlich. Im Kühler würde der Dampf dann wieder zu Wasser kondensieren.

Und warum macht man das nicht? Weil Wasserdampf sich z.B. im Zylinderkopf unglaublich viel mehr ausdehnen würde und damit der nötige intensive Wärmeaustausch empfindlich leiden würde. Im Gegenteil, Dampfblasen im Kühlsystem werden als gefährlich im Bezug auf örtliche Überhitzung angesehen. Deshalb muss ein Kühlsystem nach Neubefüllung auch sorgfältig entlüftet werden.

Und wo macht man es doch? Na, in der Klimaanlage, allerdings nicht mit Wasser, sondern mit Kältemittel, das einen Siedepunkt von -26°C (R134a), also unter Umgebungsverhältnissen gasförmig ist. Schon hier sind im Kreislauf Druckunterschiede bis zu ca. 15 bar nötig. Bei Wasser wäre das erheblich mehr. 02/17


Wasser in drei verschiedenen Formen: fest, flüssig und gasförmig, denn über dem Teeglas löst sich der Dampf in gasförmiges Wasser auf. Er wird unsichtbar. In der Chemie nennt man diese unterschiedlichen Zustände eines Stoffes Aggregatzustände.

Wie kann ein und derselbe Stoff so unterschiedliche Eigenschaften besitzen? Um das zu erklären, müssen wir uns den Aufbau von Stoffen genauer anschauen. Dabei hilft uns das Teilchenmodell. Wir stellen uns vor, dass Stoffe aus kleinsten Teilchen bestehen.

So lässt sich vereinfacht erklären, wieso Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen vorliegen können. Eis, Wasser als Feststoff. Zwischen den Teilchen besteht eine große Anziehungskraft. Deshalb liegen die Teilchen sehr dicht beieinander. Sie schwingen zwar minimal, können aber ihre Plätze nicht verlassen. Der Stoff hat deshalb eine feste Form.

Flüssiges Wasser. Weil die Anziehungskräfte in einer Flüssigkeit nicht so stark sind, bestehen zwischen den Teilchen viel größere Zwischenräume als bei einem Feststoff. Die Teilchen können sich bewegen und sind nicht an feste Plätze gebunden. Anziehungskräfte bewirken aber weiterhin den Zusammenhalt zwischen den Teilchen. Deshalb passt sich eine Flüssigkeit jeder Form an und kann fließen.

Jod, ein farbiges Gas. Die Teilchen bewegen sich frei mit großer Geschwindigkeit im Raum und können sich weit voneinander entfernen. Zwischen den Teilchen sind riesige Lücken. Anziehungskräfte zwischen den Teilchen wirken im Gas keine mehr.

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