Die Aggregatszustände

Vielleicht hast du sie im Chemieunterricht schon kennengelernt, früher oder später wirst du jedenfalls mit ihnen in Berührung kommen – die Rede ist von den chemischen Aggregatszuständen. Aber was ist das überhaupt? Und welche Aggregatzustände gibt es in der Chemie? Die Antwort auf diese und weitere Fragen erfährst du in den folgenden Absätzen.

Was ist ein Aggregatszustand? Wie viele Aggregatszustände gibt es?

In der Chemie sind insgesamt drei verschiedene Aggregatszustände bekannt – fest, flüssig und gasförmig. Zur Gruppe der festen Stoffe gehört beispielsweise Gold. Ethanol ist flüssig, Sauerstoff wiederum gasförmig. Solltest du dir mal über den Ursprungszustand eines chemischen Stoffes nicht sicher sein, dann kann dir das Periodensystem helfen. Häufig erscheinen die Namen in unterschiedlichen Farben. Sie geben Aufschluss über den ursprünglichen Aggregatzustand.

Bei vielen Stoffen sind die Aggregatzustände variabel. Sie lassen sich also verändern. In der Regel geschieht dies durch Wärmeinwirkungen oder mechanisch hervorgerufenem Druck.

Hinweis: Nicht jede Chemikalie kann alle drei Zustände annehmen. Manche gibt es nur im festen und/oder flüssigen Aggregatszustand, andere sind flüssig und/oder gasförmig. Selbst der unmittelbare Übergang von fest zu gasförmig kommt vor. Einige Stoffe liegen hingegen nur in einem Zustand vor und bleiben immer unveränderlich.

Der feste Aggregatszustand

Im festen Aggregatzustand behält der Stoff seine Form bei. Eine Verformung ist nur bedingt oder gar nicht möglich. Dasselbe gilt für das Zerteilen des festen Materials. Feste Stoffe nehmen nur eine bestimmte Fläche ein, die nicht überschritten wird. Sie können weder zerfließen noch verdampfen.

Die Abkürzung für den festen Aggregatszustand lautet f oder s (vom englischen Begriff solid – fest).

Der flüssige Aggregatszustand

Bei einem flüssigen Stoff sind die einzelnen Teilchen weniger eng angeordnet. Oft verschieben sie sich und variieren in ihrer Anordnung. Flüssige Stoffe breiten sich aus, sofern sie nicht in einem Behältnis aufbewahrt werden. Die chemische Abkürzung für das Wort flüssig lautet l (vom englischen liquid – flüssig).

Den Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand bezeichnet man als Schmelzen. Beim Festwerden eines flüssigen Stoffes liegt eine Erstarrung vor:

fest → flüssig (s → l)
flüssig → fest (l → s)

Der gasförmige Aggregatszustand

Im gasförmigen Zustand erscheint die Chemikalie als Dampf. Die Teilchen befinden sich in keiner festgelegten Struktur, sondern bewegen sich frei und ungeordnet. Das Aufbewahren von gasförmigen Stoffen ist nur in geschlossenen Behältnissen möglich. Es ist sehr schwierig, ein Gas wieder einzufangen. Seine Masse lässt sich hingegen leicht zusammendrücken. Üblicherweise wird der Begriff gasförmig mit einem g abgekürzt.

Wenn ein bisher flüssiger Stoff eine gasförmige Struktur annimmt, dann verdampft er. Den Wandel vom gasförmigen in den flüssigen Zustand nennt der Chemiker Kondensation

(fest) → flüssig → gasförmig ((s) → l → g)
gasförmig → flüssig (g → l)

Nimmt ein fester Stoff den gasförmigen Zustand an, spricht man von einer Sublimation. Der flüssige Zustand wird dabei ausgelassen. Gelangt ein gasförmiger Stoff wieder in seinen festen Ursprungszustand zurück, ist die Rede von einer Resublimation:

fest → gasförmig (s → g)
gasförmig → fest (g → s)

Hinweis: Die jeweiligen Schmelz- und Siedetemperaturen sind bei jedem Stoff anders. Im Periodensystem sind immer beide Werte angegeben.

Die Sonderform – Plasma

Bisher konntest du etwas über die drei häufigsten Aggregatzustände erfahren. Dabei gibt es noch einen vierten, nämlich das Plasma. Als Plasma bezeichnet man ein Gas mit elektrischer Wirkung. Seine Elektrizität wird von Elektronen und Ionen verursacht. Aufgrund ihrer gasförmigen Eigenschaften ähneln Plasmen dem dritten Aggregatzustand. Sie werden mit aq (aqueous – als Ion im Wasser aufgelöst) abgekürzt.

Ein Gas kann sich zu einem Plasma entwickeln, wenn es Ionen aufnimmt. Darum heißt der Vorgang auch Ionisation. Auch die umgekehrte Reaktion funktioniert. In dem Fall geschieht eine Rekombination.

Plasma → gasförmig (aq → g)
gasförmig → Plasma (g → aq)

Aggregatszustände im Wechsel – Fallbeispiel Wasser

Anhand von Wasser lässt sich der Wechsel von einem in den anderen Aggregatszustand sehr anschaulich erklären.

Der feste Aggregatszustand liegt vor, wenn du einen gefrorenen Eiswürfel in deinen Händen hältst. In diesem Zustand lässt sich die Form des Würfels nicht verändern, denn der Stoff (hier: das Wasser) weist eine sehr hohe Dichte auf.

Wenn du den Eiswürfel für längere Zeit in einer Schale liegen lässt, durchläuft er eine Veränderung – das Eis schmilzt. Der feste Aggregatszustand geht in den flüssigen über. Aus dem Eis wird wieder Wasser.

Jetzt füllst du das Wasser in einen Kochtopf um und erhitzt es langsam. Dabei findet der Wechsel in den dritten Aggregatszustand statt: Das Wasser verkocht und wird zu Dampf.

Bei dem Beispiel passieren nacheinander folgende Übergänge:

fest → flüssig → gasförmig (s → l → g)

Vielleicht denkst du jetzt, dass das Beispiel hier zu Ende ist. Es geht aber noch weiter, denn jetzt entsteht aus dem Wasserdampf wieder ein Stück Eis:

Das verdampfende Wasser wird mit dem Kochtopfdeckel aufgehalten. Dort setzt sich der Dampf ab. Mit der Zeit nimmt er den flüssigen Zustand an. Den erkennst du an den Wassertropfen, welche sich am Topfdeckel sammeln.

Wenn ausreichend Tropfen vorhanden sind, gießt du das kondensierte Wasser in eine Eiswürfelform. Nun wird die Form für mehrere Stunden ins Tiefkühlfach gestellt. Wenn du nun wieder ins Kühlfach schaust, ist das Wasser zu frischen Eiswürfeln erstarrt.

gasförmig → flüssig → fest (g → l → s)

Sogar die Resublimation vom Wasserdampf bis hin zum Eis lässt sich durchführen. Mithilfe spezieller Hilfsmittel wird das verdampfende Wasser eingefangen und schockgefroren.

gasförmig → fest (g → s)