Aggregatzustandsänderungen

Je nach Änderung des Aggregatzustandes eines Stoffes von fest zu flüssig, von flüssig zu gasförmig oder von fest zu gasförmig (bzw. umgekehrt) existieren unterschiedliche Bezeichnungen. So wird die Zustandsänderung von fest zu flüssig als Schmelzen bezeichnet. Den umgekehrten Prozess als Erstarren ("gefrieren"). Als Verdampfen bezeichnet man den Phasenübergang von flüssig zu gasförmig, den umgekehrten Prozess als Kondensieren. Schließlich existiert noch eine weitere Zustandsänderung, die direkt vom festen in den gasförmigen Zustand führt. Dieser Prozess wird Sublimieren genannt; den umgekehrten Vorgang vom gasförmigen direkt in den festen Zustand bezeichnet man als Resublimieren.

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Abbildung: Aggregatzustandsänderungen

Mit dem Teilchenmodell lassen sich diese Aggregatszustandsänderungen wie Schmelzen oder Verdampfen anschaulich erläutern. Wird die Temperatur eines Feststoffes allmählich erhöht, so bewegen sich die zunächst relativ stark aneinander gebundenen Teilchen immer heftiger. Sind die Schwingung schließlich so heftig geworden, dass die Teilchen einen relativ großen Abstand zueinander gewinnen, so lassen die intermolekularen Bindungskräfte in ihrer Stärke nach. Die Stoffteilchen sind nun nicht mehr an ihren festen Platz gebunden. Der feste Stoff beginnt schließlich flüssig zu werden, er schmilzt.

Wird der nun flüssige Stoff weiter erwärmt, so werden die Bindungskräfte durch die stärker werdenden Teilchenbewegungen mehr und mehr "gelockert". Ab einer bestimmten Grenze haben die intermolekularen Bindungskräfte schließlich so weit abgenommen, dass die Teilchen sich (fast) frei bewegen können. Die Bewegungsenergie der Teilchen ist größer als die Bindungsenergie, die die Teilchen normalerweise aneinander bindet. Die Teilchen können sich salopp formuliert von den Bindungskräften "losreißen". Die Flüssigkeit ist nun gasförmig geworden.

Die Aggregatzustandsänderungen kann man sich mit Hilfe von Magneten veranschaulicht vorstellen. Dabei stehen die Magnete für die Stoffteilchen und die zwischen ihnen wirkenden magnetischen Kräfte für die intermolekularen Bindungskräfte. Werden nun viele Magnete zusammengenommen, so bilden diese eine relativ stabile Struktur, die der eines Festkörpers gleicht.

Wird dieses Magnetgebilde nun relativ stark in Schwingung versetzt, so wird man einige Magnete dabei beobachten können, wie sie sich aufgrund der Trägheit den magnetischen Anziehungskräften kurzzeitig widersetzen und sich voneinander lösen können. Anschließend werden sie allerdings von den magnetischen Kräften wieder "eingefangen". Die Magnete können sich bei starken Schwingungen also voneinander lösen und sind damit nicht mehr an einen bestimmten Platz gebunden. Das Magnetgebilde wird zwar durch die immer noch vorhandenen Anziehungskräfte weiterhin in sich bestehen bleiben, allerdings wird es allmählich seine Form verlieren, so wie dies ein Festkörper beim Schmelzen tun wird. Das "Lockern" der magnetischen Anziehungskräfte durch heftige Schwingungen käme also dem Schmelzprozess gleich.

Werden die Magnete schließlich noch heftiger bewegt, so können einzelne Magnete auch regelrecht davonfliegen. Gegen die hohe Fluchtgeschwindigkeit der Magnete können auch die magnetischen Kräfte schließlich nichts mehr ausrichten. Selbst wenn zwei oder mehr Magnete direkt aufeinander prallen, wird die Wucht so groß sein, dass diese sofort wieder auseinanderfliegen. Das Magnetgebilde wird sich bei zu heftigen Schwingungen also allmählich "auflösen", da die Anziehungskräfte den heftigen Schwingungen nicht mehr standhalten können. Dieser Vorgang käme dem Verdampfungsprozess einer Flüssigkeit gleich, deren Teilchen so stark in Schwingung versetzt werden, dass diese den intermolekularen Anziehungskräften entkommen können.

Beim Sublimationsprozess hingegen werden die Bindungen so rasch gelockert, dass der Feststoff direkt in den gasförmigen Zustand übergeht.

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