Die Aggregatzustände von Materie: Fest, flüssig und gasförmig
Die Phasen der Materie leicht verständlich dargelegt
Auf welche Weise vollzieht sich eine Umwandlung des Aggregatzustandes?
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Der jeweilige Aggregatzustand, in dem eine Substanz (oder ein Material) präsent ist, wird somit durch die vorherrschende Temperatur sowie den herrschenden Druck determiniert. Durch das Zuführen oder Entziehen von thermischer Energie oder die Modifikation des Drucks lässt sich folglich die Zustandsform einer Materie beeinflussen bzw. transformieren.
Ein anschauliches Beispiel hierfür ist Wasser, das üblicherweise bei einer Temperatur von einhundert Grad Celsius seinen Siedepunkt erreicht und verdampft. Am Gipfel des Mount Everest hingegen herrschen jedoch geringere atmosphärische Drücke, was dazu führt, dass das Wasser bereits bei circa siebzig Grad Celsius zu sieden beginnt.
Die nachfolgend aufgeführten Phasenübergänge zwischen den einzelnen Aggregatzuständen werden dabei differenziert:
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Schmelzvorgang: Transformation vom soliden in den liquiden Zustand
Wird einem festen Material, beispielsweise Eis, thermische Energie hinzugefügt, so setzt der Schmelzprozess ein. Dies geschieht bei einer Temperatur, die null Grad Celsius erreicht oder überschreitet (dem Schmelzpunkt oder der Schmelztemperatur).
Eine Erhöhung der Temperatur intensiviert die molekulare Bewegung der Partikel. Dies bewirkt (oder führt dazu), dass sich die atomaren Bindungen zwischen den Elementarteilchen auflösen und diese ihre ursprünglichen, festen Gitterpositionen aufgeben.
Gefrieren/Erstarren: Von der flüssigen in die feste Phase
Im Gegensatz dazu verfestigt sich (oder friert) flüssiges Wasser zu Eis, sobald es auf Temperaturen unter null Grad Celsius gekühlt wird. Die molekulare Bewegung der Partikel reduziert sich dabei merklich, wodurch sie erneut ihre festen, geordneten Positionen im Gitter einnehmen.
Verdampfungsprozess: Der Übergang von der Flüssigkeits- in die Gasphase
Wird flüssigem Wasser eine beträchtliche Menge an thermischer Energie zugeführt, so geht es in den gasförmigen Zustand über (als Wasserdampf bezeichnet). Dieser Vorgang ereignet sich (oder findet statt), wenn die Temperatur einhundert Grad Celsius übersteigt.
Die kinetische Energie (Bewegung) der Moleküle ist hierbei derart erhöht, dass sie ihre gegenseitigen Anziehungskräfte überwinden und sich frei im gesamten verfügbaren Volumen ausbreiten.
Kondensation: Die Umwandlung vom gasförmigen in den flüssigen Zustand
Der entgegengesetzte Prozess beinhaltet, dass Wasserdampf in den flüssigen Zustand übergeht, wenn er (oder es) abgekühlt wird. Dieser Vorgang wird als Kondensation (oder Verflüssigung) bezeichnet. Dabei verringert sich die Geschwindigkeit der Wassermoleküle erneut.
Sublimation: Direkte Transformation vom festen in den gasförmigen Zustand
Ein festes Material, wie etwa Eis, ist jedoch auch in der Lage, unmittelbar in den gasförmigen Zustand zu wechseln, ohne dabei die flüssige Phase zu durchlaufen. Diesen Vorgang bezeichnet man als Sublimation.
Folglich besteht die Möglichkeit, Bekleidung auch während der kalten Jahreszeit im Freien zu trocknen. Unterschreitet die Umgebungstemperatur null Grad Celsius, so erfriert das im Wasser enthaltene Wasser zuerst und transformiert anschließend unmittelbar von der soliden in die gasförmige Aggregatform.
Resublimation: Direkte Umwandlung von der gasförmigen in die feste Phase
Der reziproke Prozess wird als Resublimation bezeichnet. Dabei wandelt sich ein gasförmiges Material unmittelbar in ein festes um. Ein geläufiges Anschauungsbeispiel hierfür stellt Raureif dar. Hierbei transformiert der atmosphärische Wasserdampf unmittelbar zu Eiskristallen.