Aggregatzustand einfach erklärt

Was ist ein Aggregatzustand?

Ein Aggregatzustand ist ein physikalischer Zustand eines Stoffes. Einfach gesagt, handelt es sich dabei um seine Erscheinungsform, also sein Aussehen und seine Eigenschaften. Stoffe, wie beispielsweise Wasser, können insgesamt in drei Aggregatzuständen, vorliegen:

• fest,
• flüssig
• und gasförmig. 

Du kannst einen Aggregatzustand auch verändern. Das gelingt dir, indem du die Temperatur oder den Druck änderst. Das ist dir bestimmt schon einmal im Alltag aufgefallen: Wenn dein fester Eiswürfel in deinem Getränk zu flüssigem Wasser schmilzt. Oder beim Kochen von Nudeln, wenn das flüssige Wasser zu gasförmigem Wasserdampf verdampft. Hier ändert das Wasser also seinen Aggregatzustand, da ihm Energie in Form von Wärme zugeführt wird.

Wichtig: Der Stoff bleibt chemisch gesehen immer gleich! Er ändert lediglich seinen physikalischen Zustand. Wasser besteht zum Beispiel immer aus den gleichen Molekülen, nämlich H₂O.

Wie heißen die drei Aggregatzustände?

Viele Stoffe können in mehreren Aggregatzuständen vorkommen. Die drei klassischen Aggregatzustände sind: 

• fest,
  
• flüssig 
• und gasförmig

Schauen wir uns das am Beispiel von Wasser an:

• Festes Wasser wie den Eiswürfel in deinem Getränk bezeichnest du als Eis.
• Flüssiges Wasser ist dir sicher am besten bekannt — ob vom Regen, in Seen und Flüssen oder aus dem Wasserhahn.
• Gasförmiges Wasser nennst du auch Wasserdampf. 

Ein weiteres Beispiel ist das feste Wachs einer Kerze, das flüssig wird, wenn du sie anzündest.

Aggregatzustand im Teilchenmodell

Du kannst die Aggregatzustände mit dem Teilchenmodell erklären. Hier stellst du dir die kleinsten Teilchen, aus denen die Stoffe bestehen — also zum Beispiel Atome oder Moleküle — als kleine Kugeln vor. Die Teilchen bewegen sich dabei ständig und in keine bestimmte Richtung. Dadurch kommt es zu zickzackförmigen Bewegungen, die du Brownsche Molekularbewegung nennst. 

In welcher Form ein Stoff vorkommt, hängt davon ab, wie schnell sich seine Atome oder Moleküle bewegen. Erwärmst du einen Stoff, fangen seine Atome an, sich ganz schnell zu bewegen. Dadurch ändert sich auch seine Erscheinungsform.

Du kannst dir hier merken: Je niedriger die Temperatur, desto weniger bewegen sich die Moleküle. Je höher die Temperatur, desto schneller bewegen sie sich. 

Die Geschwindigkeit der Teilchen hat dabei einen Einfluss auf ihre Anordnung und gegenseitige Anziehung. Das ist nämlich bei den drei Aggregatzuständen jeweils unterschiedlich: 

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Aggregatzustand Fest

Im festen Aggregatzustand hat ein Stoff immer eine bestimmte Form und ein bestimmtes Volumen. Du kannst ihn also in der Regel schwer verformen. 

Die Teilchen bewegen sich kaum, sondern nehmen feste Plätze ein. Sie liegen sehr nah aneinander und ziehen sich gegenseitig stark an. Kräfte, die zwischen den Teilchen wirken können, sind zum Beispiel Wasserstoffbrückenbindungen oder Van-der-Waals-Kräfte . 

Wasser befindet sich im festen Aggregatzustand, wenn die Außentemperatur 0 Grad Celsius (°C) oder kälter ist. Die Wassermoleküle sind dann in einem sogenannten Kristallgitter angeordnet. 

Die wichtigsten Merkmale fester Stoffe sind: 

• Bewegung: wenig Bewegung; Teilchen schwingen um einen festen Platz
• Anziehung: sehr starke Anziehung
• Anordnung: starre, regelmäßige Anordnung, meist als Kristall
• Abstand: kleiner Abstand, da starke Anziehung herrscht

Aggregatzustand Flüssig

Ein flüssiger Stoff hat ein bestimmtes Volumen, aber keine bestimmte Form. Er nimmt die Form des Gefäßes an, in dem er sich befindet. Ein Liter Wasser bleibt zum Beispiel gleich — egal, ob in der Flasche oder im Glas. 

Die Teilchen bewegen sich nun deutlich schneller als im festen Zustand. Sie sitzen nicht mehr an einer festen Position und können sich gegenseitig verschieben. Das führt dazu, dass die Kräfte zwischen den Teilchen nicht mehr ausreichen, um sie auf ihren Platz zu ‚zwingen‘. 

Wasser befindet sich bei Temperaturen zwischen 0 °C und 100 °C im flüssigen Aggregatzustand. 

Die wichtigsten Merkmale flüssiger Stoffe sind: 

• Bewegung: Teilchen bewegen sich schneller und können ihre Position wechseln
• Anziehung: schwächer als im festen Zustand
• Anordnung: trotz Bewegung gibt es eine bestimmte Anordnung
• Abstand: größer als im festen Zustand 

Aggregatzustand Gasförmig

Ein gasförmiger Stoff hat keine bestimmte Form und kein bestimmtes Volumen. Er verteilt sich in dem Raum, der ihm zur Verfügung steht. 

Das kannst du am Beispiel von Wasser sehr gut beobachten: Erhitzt du Wasser auf über 100 °C, etwa in einem Wasserkocher, wird es gasförmig. Der dabei entstehende Wasserdampf verbreitet sich im gesamten Raum.

Die Teilchen eines Gases bewegen sich sehr schnell. Außerdem gibt es kaum Anziehungen zwischen ihnen. 

Die wichtigsten Merkmale gasförmiger Stoffe sind: 

• Bewegung: sehr schnelle Bewegung
• Anziehung: sehr schwache Anziehung
• Anordnung: keine Anordnung, da sich die Teilchen sehr schnell bewegen
• Abstand: Teilchen sind sehr weit voneinander entfernt

Wie verändert sich ein Aggregatzustand?

In welchem Aggregatzustand ein Stoff vorliegt, hängt also von der Temperatur und vom Druck ab. Indem du jetzt einem Stoff Wärme zu- oder abführst oder den Druck veränderst, kannst du auch den Aggregatzustand eines Stoffes ändern. 

Wasser verdampft beispielsweise in der Regel bei einer Temperatur von 100 °C. Auf der Spitze des Mount Everest ist der Druck allerdings geringer, deswegen kocht das Wasser dort schon bei etwa 70 °C. 

Du unterscheidest folgende Übergänge zwischen den Aggregatzuständen:

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Schmelzen: Übergang fest zu flüssig 

Wenn du einem festen Stoff wie Eis Wärme zuführst, dann fängt er an zu schmelzen. Das passiert bei einer Temperatur ab 0 °C (Schmelztemperatur). 

Nimmt die Temperatur zu, wird auch die Bewegung der Teilchen stärker. Das hat zur Folge, dass sich die Bindungen zwischen den Teilchen lösen und sie ihren festen Gitterplatz verlassen. 

Erstarren: Übergang flüssig zu fest

Umgekehrt erstarrt flüssiges Wasser zu Eis, wenn du es unter 0 °C abkühlst. Die Bewegung der Teilchen wird schwächer und sie nehmen wieder ihren festen Platz ein. 

Verdampfen: Übergang flüssig zu gasförmig 

Führst du flüssigem Wasser sehr viel Wärme zu, dann verdampft es zu gasförmigem Wasser (Wasserdampf). Das tritt bei Temperaturen von über 100 °C ein. 

Die Bewegung der Teilchen ist nun so stark, dass sie sich voneinander lösen und sich im gesamten Raum verteilen. 

Kondensieren: Übergang gasförmig zu flüssig

Umgekehrt wandelt sich Wasserdampf zu flüssigem Wasser um, wenn du es abkühlst. Das nennst du kondensieren. Hier bewegen sich die Wassermoleküle wieder langsamer. 

Sublimieren: Übergang fest zu gasförmig 

Ein fester Stoff wie Eis kann aber auch direkt in den gasförmigen Zustand überführt werden, ohne zwischendurch flüssig zu werden. Das bezeichnest du als sublimieren. 

Du kannst also deine Wäsche sogar im Winter draußen trocknen. Bei Temperaturen unter 0 °C gefriert das Wasser zunächst und geht dann direkt vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand über.

Resublimieren: Übergang gasförmig zu fest

Den umgekehrten Vorgang nennst du resublimieren. Hier geht ein gasförmiger Stoff direkt in den festen Stoff über. Ein bekanntes Beispiel dafür ist Raureif. Der Wasserdampf in der Luft gefriert hier direkt zu Eiskristallen. 

Für Experten: Aggregatzustände verschiedener Stoffe

In der folgenden Tabelle haben wir dir einige wichtige Reinstoffe inklusive ihrer Schmelz- und Siedetemperaturen und ihrer Aggregatzustände bei verschiedenen Bedingungen zusammengestellt:

Aggregatzustände im Detail 

Jetzt weißt du, was ein Aggregatzustand ist und wie sie sich verändern. Für ausführlichere Informationen zum Thema Aggregatzustand, ist unser weiterer Beitrag genau das Richtige für dich! Hier erklären wir dir unter anderem Phasendiagramme und welchen weiteren Aggregatzustand es neben den drei klassischen noch gibt.