Aggregatzustand

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Aggregatzustand

Als Aggregatzust√§nde bezeichnet man qualitativ verschiedene, temperatur- und druckabh√§ngige physikalische Zust√§nde von Stoffen. Die Abh√§ngigkeit des Aggregatzustandes beziehungsweise des in der Thermodynamik enger gefassten Begriffs der Phase von diesen Zustandsgr√∂√üen wird √ľblicherweise in einem Phasendiagramm dargestellt.

Inhaltsverzeichnis

Die drei klassischen Aggregatzustände

Temperaturabh√§ngige H√§ufigkeit der Aggregatzust√§nde der Elemente (blau: fest, rot: fl√ľssig, gr√ľn: gasf√∂rmig)

Es gibt drei klassische Aggregatzustände:

  • fest: In diesem Zustand beh√§lt ein Stoff im Allgemeinen sowohl Form als auch Volumen bei; siehe Festk√∂rper.
  • fl√ľssig: Hier wird das Volumen beibehalten, aber die Form ist unbest√§ndig und passt sich dem umgebenden Raum an; siehe Fl√ľssigkeit.
  • gasf√∂rmig: Hier entf√§llt auch die Volumenbest√§ndigkeit, ein Gas f√ľllt den zur Verf√ľgung stehenden Raum vollst√§ndig aus; siehe Gas.

Bei Feststoffen unterscheidet man auch nach anderen Merkmalen:

Teilchenmodell der Zustände

Die Eigenschaften der klassischen Aggregatzust√§nde lassen sich mit einem Teilchenmodell erkl√§ren. Dabei nimmt man an, dass ein Stoff aus so genannten kleinsten Teilchen besteht. In der Wirklichkeit sind zwar diese kleinsten Teilchen (Atome, Molek√ľle oder Ionen) von anderer Form, aber f√ľr die Erkl√§rung der Aggregatzust√§nde reicht es aus, die Teilchen als kleine, runde Kugeln anzusehen.

Die mittlere kinetische Energie aller Teilchen ist in allen Zust√§nden ein Ma√ü f√ľr die Temperatur. Die Art der Bewegung ist in den drei Aggregatzust√§nden jedoch v√∂llig unterschiedlich. Im Gas bewegen sich die Teilchen geradlinig wie Billardkugeln, bis sie mit einem anderen oder mit der Gef√§√üwand zusammensto√üen. In der Fl√ľssigkeit m√ľssen sich die Teilchen durch L√ľcken zwischen ihren Nachbarn hindurchzw√§ngen (Diffusion, Brownsche Molekularbewegung). Im Festk√∂rper schwingen die Teilchen nur um ihre Ruhelage.

Fest

→ Hauptartikel: Festkörper
Teilchenmodell eines kristallinen Feststoffes
Bewegung
Die kleinsten Teilchen sind bei einem Feststoff nur wenig in Bewegung. Sie schwingen um eine feste Position, ihren Gitterplatz, und rotieren meist um ihre Achsen. Je höher die Temperatur wird, desto heftiger schwingen/rotieren sie und der Abstand zwischen den Teilchen nimmt (meist) zu. Ausnahme: Dichteanomalie.
  • Die Form des Feststoffes bleibt unver√§ndert.
  • Stoffe im festen Aggregatzustand lassen sich nur schwer aufteilen.
  • Sie lassen sich nur schwer verformen (geringe Verformbarkeit, spr√∂de).

Hinweis: Betrachtet man die Teilchen mit quantenmechanischen Grunds√§tzen, so d√ľrfen aufgrund der Heisenbergsche Unsch√§rferelation eigentlich Teilchen nie ruhig stehen. Sie haben kleine Schwingungen, die man auch als Nullpunktsfluktuationen bezeichnet. Das entspricht dem Grundzustand des harmonischen Oszillators.

Anziehung
Zwischen den kleinsten Teilchen wirken verschiedene Kr√§fte, n√§mlich die Van-der-Waals-Kr√§fte, die elektrostatische Kraft zwischen Ionen, Wasserstoffbr√ľckenbindungen oder kovalente Bindungen. Die Art der Kraft ist durch den atomaren Aufbau der Teilchen (Ionen, Molek√ľle, Dipole, ‚Ķ) bestimmt. Bei Stoffen, die auch bei hohen Temperaturen fest sind, ist die Anziehung besonders stark.
Anordnung
Durch die schwache Bewegung und den festen Zusammenhalt sind die Teilchen regelmäßig angeordnet.
Die meisten festen Reinstoffe haben deshalb eine regelmäßige Struktur (Kristall), nur wenige sind amorph.
Die Teilchenanordnung in einem amorphen Festk√∂rper ist √§hnlich ungeordnet wie in der Fl√ľssigkeit, er ist jedoch formstabil, da die Teilchenbewegungen gegeneinander weitgehend eingefroren sind.
Abstand
Durch die starke Anziehung sind die Teilchen eng beieinander (hohe Packungsdichte)
Das Volumen eines Feststoffes lässt sich durch Kompression nach den Gesetzen der Elastizitätstheorie in Abhängigkeit der Größe des Kompressionsmodul bzw. des E-Modul verringern.
Temperaturänderungen bewirken ebenso eine Veränderung des Volumens nach den Gesetzen der Wärmeausdehnung.

Fl√ľssig

‚Üí Hauptartikel: Fl√ľssigkeit
Teilchenmodell einer Fl√ľssigkeit bzw. eines amorphen Festk√∂rpers
Bewegung
Die Teilchen sind nicht wie beim Feststoff ortsfest, sondern können sich gegenseitig verschieben. Bei Erhöhung der Temperatur werden die Teilchenbewegungen immer schneller.
Anziehung
Durch die Erwärmung ist die Bewegung der Teilchen so stark, dass die Wechselwirkungskräfte nicht mehr ausreichend sind, um die Teilchen an ihrem Platz zu halten. Die Teilchen können sich nun frei bewegen.
Ein fl√ľssiger Stoff verteilt sich von alleine, wenn er nicht in einem Gef√§√ü festgehalten wird.
Ein Farbstoff verteilt sich von alleine in einer Fl√ľssigkeit (Diffusion).
Abstand
Obwohl der Abstand der Teilchen durch die schnellere Bewegung ein wenig gr√∂√üer wird (die meisten festen Stoffe nehmen beim Schmelzen einen gr√∂√üeren Raum ein), h√§ngen die Teilchen weiter aneinander. F√ľr die Verringerung des Volumens einer Fl√ľssigkeit durch Kompression gilt √§hnliches wie bei einem Festk√∂rper, wobei der entsprechende Kompressionsmodul der Fl√ľssigkeit zum Tragen kommt. Bei einer Temperaturverringerung wird das Volumen ebenfalls kleiner, bei Wasser jedoch nur bis zu einer Temperatur von 4 ¬įC (Anomalie des Wassers), w√§hrend darunter bis 0 ¬įC das Volumen wieder ansteigt.
Anordnung
Obwohl die Teilchen sich st√§ndig neu anordnen und Zitter-/Rotationsbewegungen durchf√ľhren, kann eine Anordnung festgestellt werden. Diese Nahordnung ist √§hnlich wie im amorphen Festk√∂rper, die Viskosit√§t ist jedoch sehr viel niedriger, d. h. die Teilchen sind beweglicher.

Gasförmig

‚Üí Hauptartikel: Gas
Teilchenmodell eines Gases
Bewegung
Bei Stoffen im gasf√∂rmigen Zustand sind die Teilchen schnell in Bewegung. Ein Gas oder gasf√∂rmiger Stoff verteilt sich schnell in einem Raum. In einem geschlossenen Raum f√ľhrt das Sto√üen der kleinsten Teilchen gegen die W√§nde zum Druck des Gases.
Anziehung
Beim gasf√∂rmigen Zustand ist die Bewegungsenergie der kleinsten Teilchen so hoch, dass sie nicht mehr zusammenhalten. Die kleinsten Teilchen des gasf√∂rmigen Stoffes verteilen sich gleichm√§√üig im gesamten zur Verf√ľgung stehenden Raum.
Abstand
Durch die schnelle Bewegung der Teilchen in einem Gas sind sie weit voneinander entfernt. Sie sto√üen nur hin und wieder einander an, bleiben aber im Vergleich zur fl√ľssigen Phase auf gro√üer Distanz. Ein gasf√∂rmiger Stoff l√§sst sich komprimieren, d. h. das Volumen l√§sst sich verringern.
Anordnung
Aufgrund der Bewegung sind die Teilchen ungeordnet.

In der physikalischen Chemie unterscheidet man zwischen Dampf und Gas. Beide sind physikalisch gesehen nichts anderes als der gasf√∂rmige Aggregatzustand; die Begriffe haben auch nicht direkt mit realem Gas und idealem Gas zu tun. Was umgangssprachlich als ‚ÄěDampf‚Äú bezeichnet wird, ist physikalisch gesehen eine Mischung aus fl√ľssigen und gasf√∂rmigen Bestandteilen, welche man im Falle des Wassers als Nassdampf bezeichnet.

Bei einem Dampf im engeren Sinn handelt es sich um einen Gleichgewichtszustand zwischen fl√ľssiger und gasf√∂rmiger Phase. Er kann ohne Arbeit verrichten zu m√ľssen verfl√ľssigt werden, das hei√üt beim Verfl√ľssigen erfolgt kein Druckanstieg. Ein solcher Dampf wird in der Technik als Nassdampf bezeichnet im Gegensatz zum so genannten Hei√üdampf oder √ľberhitzten Dampf, der im eigentlichen Sinn ein reales Gas aus Wassermolek√ľlen darstellt und dessen Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur der fl√ľssigen Phase beim jeweiligen Druck liegt.

Beispielwerte f√ľr ausgew√§hlte Stoffe

Reinstoffe werden entsprechend ihrem Aggregatzustand bei einer Temperatur von 20 ¬įC und einem Druck von 1013,25 hPa (Normaldruck) als Feststoff, Fl√ľssigkeit oder Gas bezeichnet. Diese Bezeichnungen werden zwar auch f√ľr die jeweiligen Aggregatzust√§nde der Stoffe selbst gebraucht, im engeren Sinne beziehen sie sich jedoch nur auf diese Bedingungen und sind daher allein stoffspezifisch und Druck- wie Temperaturunabh√§ngig.

Beispielwerte
Stoff Schmelztemperatur1 Siedetemperatur1 Aggregatzustand
im Gefrierschrank (‚ąí10 ¬įC)1
Aggregatzustand
bei Raumtemperatur (25 ¬įC)1
Aggregatzustand
im Backofen (150 ¬įC)1
Eisen 1535 ¬įC 2750 ¬įC fest fest fest
Kupfer 1084 ¬įC 2567 ¬įC fest fest fest
Caesium 28 ¬įC 671 ¬įC fest fest fl√ľssig
Sauerstoff ‚ąí219 ¬įC ‚ąí183 ¬įC gasf√∂rmig gasf√∂rmig gasf√∂rmig
Helium ‚ąí272 ¬įC ‚ąí269 ¬įC gasf√∂rmig gasf√∂rmig gasf√∂rmig
Brom ‚ąí7 ¬įC 59 ¬įC fest fl√ľssig gasf√∂rmig
Chlor ‚ąí101 ¬įC ‚ąí35 ¬įC gasf√∂rmig gasf√∂rmig gasf√∂rmig
Wasser 0 ¬įC 100 ¬įC fest fl√ľssig gasf√∂rmig

1 bei Normaldruck

√Ąnderung des Aggregatzustands

Die √úberg√§nge zwischen den verschiedenen Aggregatzust√§nden haben spezielle Namen (eoc, omc, eon) und spezielle √úbergangsbedingungen, die bei Reinstoffen aus Druck und Temperatur bestehen. Diese √úbergangsbedingungen entsprechen dabei Punkten auf den Phasengrenzlinien von Phasendiagrammen. Hierbei ist f√ľr jeden Phasen√ľbergang eine bestimmte W√§rmemenge notwendig bzw. wird dabei freigesetzt.

von‚Üď nach‚Üí Feststoff Fl√ľssigkeit Gas
Feststoff - Schmelzen
am Schmelzpunkt (Schmelzwärme)
Sublimation/Sublimieren
am Sublimationspunkt (Sublimationswärme)
Fl√ľssigkeit Erstarren/Gefrieren
am Gefrierpunkt (Erstarrungswärme)
- Verdampfung/Sieden
am Siedepunkt (Verdampfungswärme)
Gas Resublimation/Resublimierung/Solidifikation
am Resublimationspunkt (Resublimationswärme)
Kondensation
am Kondensationspunkt (Kondensationswärme)
-

Die Sublimation und das Verdampfen kommen auch unterhalb der Sublimations- beziehungsweise Siedepunktes vor. Man spricht hier von einer Verdunstung.

Siehe auch: Leidenfrost-Effekt

Alltagsbeispiele

Alle Übergänge können am Beispiel Wasser im Alltag beobachtet werden:

Schmelzen
Schnee oder Eis f√§ngt im Fr√ľhjahr an fl√ľssig zu werden, sobald Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur herrschen.
Erstarren
k√ľhlt das Wasser in Seen unter den Gefrierpunkt ab, bilden sich Eiskristalle, die mit der Zeit immer gr√∂√üer werden, bis die Oberfl√§che mit einer Eisschicht √ľberzogen ist.
Verdampfen
wird Wasser im Kochtopf √ľber seine Siedetemperatur erhitzt, so wird das Wasser gasf√∂rmig. Das "Blubbern" im Kochtopf kommt zustande, weil das Wasser am hei√üen Topfboden zuerst die Siedetemperatur erreicht - Die Aufsteigenden Blasen sind der Wasserdampf, der (wie die meisten gasf√∂rmigen Stoffe) unsichtbar ist. Verdunstung, der √úbergang von fl√ľssig in gasf√∂rmig ohne Erreichen der Siedetemperatur, ist bei Schwei√ü auf der Haut gut zu beobachten.
Kondensieren
der deutlich sichtbare Nebel oberhalb kochenden Wassers, der meist umgangssprachlich als "Dampf" bezeichnet wird, ist zu winzigen Wassertröpfchen kondensierter Wasserdampf. Tau und Wolken entstehen ebenfalls durch kondensierenden Wasserdampf.
Sublimation
gefrorenen Pf√ľtzen k√∂nnen im Winter, auch bei Temperaturen weit unterhalb des Gefrierpunktes, durch Sublimation nach und nach "austrocknen" bis das Eis vollst√§ndig sublimiert und die Pf√ľtze verschwunden ist.
Resublimation
Raureif oder Eisblumen die sich im Winter bilden entstehen durch den aus der Umgebungsluft resublimierenden Wasserdampf.

Teilchenmodell der Phasen√ľberg√§nge

Aggregatzust√§nde und Phasen√ľberg√§nge von Wasser
Schmelzen

Durch Erhöhen der Temperatur (Zufuhr von thermischer Energie) bewegen sich die kleinsten Teilchen immer heftiger, und ihr Abstand voneinander wird (normalerweise) immer größer. Die Van-der-Waals-Kräfte halten sie aber noch in ihrer Position, ihrem Gitterplatz. Erst ab der so genannten Schmelztemperatur wird die Schwingungsamplitude der Teilchen so groß, dass die Gitterstruktur teilweise zusammenbricht. Es entstehen Gruppen von Teilchen die sich frei bewegen können. In ihnen herrscht eine Nahordnung, im Gegensatz zur Fernordnung von Teilchen innerhalb des Kristallgitters fester Stoffe.

Erstarren

Mit Sinken der Temperatur nimmt die Bewegung der Teilchen ab, und ihr Abstand zueinander wird immer geringer. Auch die Rotationsenergie nimmt ab. Bei der so genannten Erstarrungstemperatur wird der Abstand so klein, dass sich die Teilchen gegenseitig blockieren und miteinander verst√§rkt anziehend wechselwirken ‚Äď sie nehmen eine feste Position in einem dreidimensionalen Gitter ein.

Es gibt Fl√ľssigkeiten, die sich bei sinkender Temperatur ausdehnen, beispielsweise Wasser. Dieses Verhalten wird als Dichteanomalie bezeichnet.

Verdampfen und Sublimation
Aggregatzustände schematisch

Die Geschwindigkeit der kleinsten Teilchen ist nicht gleich. Ein Teil ist schneller, ein Teil ist langsamer als der Durchschnitt. Dabei ändern die Teilchen durch Kollisionen ständig ihre aktuelle Geschwindigkeit.

An der Grenze eines Festk√∂rpers oder einer Fl√ľssigkeit, dem √úbergang einer Phase in eine gasf√∂rmige, kann es mitunter vorkommen, dass ein Teilchen von seinen Nachbarn zuf√§llig einen so starken Impuls bekommt, dass er aus dem Einflussbereich der Koh√§sionskraft entweicht. Dieses Teilchen tritt dann in den gasf√∂rmigen Zustand √ľber, und nimmt etwas W√§rmeenergie in Form der Bewegungsenergie mit, das hei√üt die feste oder fl√ľssige Phase k√ľhlt ein wenig ab.

Wird thermische Energie einem System zugef√ľhrt und erreicht die Temperatur die Sublimations- oder Siedetemperatur, geschieht dieser Vorgang kontinuierlich bis alle kleinsten Teilchen in die gasf√∂rmige Phase √ľbergetreten sind. In diesem Fall bleibt die Temperatur in der verdampfenden Phase in der Regel unver√§ndert, bis alle Teilchen mit einer h√∂heren Temperatur aus dem System verschwunden sind. Die W√§rmezufuhr wird somit in eine Erh√∂hung der Entropie umgesetzt.

Wenn die Kohäsionskräfte sehr stark sind, beziehungsweise es sich eigentlich um eine viel stärkere Metall- oder Ionenbindung handelt, dann kommt es nicht zur Verdampfung.

Die durch Verdampfen starke Volumenzunahme eines Stoffes kann, wenn sehr viel Hitze schlagartig zugef√ľhrt wird, zu einer Physikalischen Explosion f√ľhren.

Kondensation und Resublimation

Der umgekehrte Vorgang ist die Kondensation beziehungsweise Resublimation. Ein kleinstes Teilchen trifft zuf√§llig auf einen festen oder fl√ľssigen Stoff, √ľbertr√§gt seinen Impuls und wird von den Koh√§sionskr√§ften festgehalten. Dadurch erw√§rmt sich der K√∂rper um die Energie, die das kleinste Teilchen mehr trug, als der Durchschnitt der kleinsten Teilchen in der festen beziehungsweise fl√ľssigen Phase.

Stammt das Teilchen allerdings von einem Stoff, der bei dieser Temperatur gasf√∂rmig ist, sind die Koh√§sionskr√§fte zu schwach, es festzuhalten. Selbst wenn es zuf√§llig so viel Energie verloren hat, dass es gebunden wird, schleudert es die n√§chste Kollision mit benachbarten kleinsten Teilchen wieder in die Gasphase. Durch Absenken der Temperatur kann man den kleinsten Teilchen ihre Energie entziehen. Dadurch ballen sie sich beim Unterschreiten der Sublimations- oder Erstarrungstemperatur durch die Wechselwirkungskr√§fte mit anderen Teilchen zusammen und bilden wieder einen Feststoff oder eine Fl√ľssigkeit.

Phasendiagramme

‚Üí Hauptartikel: Phasendiagramm
Phasendiagramm eines ‚Äěgew√∂hnlichen‚Äú Stoffes und des Wassers (Dichteanomalie)

Das p-T-Phasendiagramm eines Stoffes beschreibt in Abhängigkeit von Druck und Temperatur in wie vielen Phasen ein Stoff vorliegt und in welchem Aggregatzustand sich diese befinden. Anhand der Linien kann man also erkennen, bei welchem Druck und welcher Temperatur die Stoffe ihren Aggregatzustand verändern. Man kann also sagen, auf den Linien findet der Übergang zwischen den Aggregatzuständen statt, weshalb man diese auch als Phasengrenzlinien bezeichnet. Auf ihnen selbst liegen die jeweiligen Aggregatzustände in Form eines dynamischen Gleichgewichts nebeneinander in verschiedenen Phasen vor.

  • Bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur, dem so genannten Tripelpunkt, k√∂nnen alle drei Aggregatzust√§nde gleichzeitig vorliegen. Es handelt sich dabei um den Punkt in der ‚ÄěMitte‚Äú des Phasendiagramms, an welchem sich alle drei Phasengrenzlinien treffen. Der Tripelpunkt eignet sich daher als ein Ausgangspunkt dieser Linien und f√ľr die Festlegung vieler Temperaturskalen.
  • Oberhalb eines bestimmten Druckes und einer bestimmten Temperatur, dem so genannten kritischen Punkt, k√∂nnen Gas und Fl√ľssigkeit aufgrund ihrer identischen Dichte nicht mehr unterschieden werden. In diesem Zustandsraum kann daher keine Phasengrenzlinie festgelegt werden.
  • F√ľr Dr√ľcke unterhalb des Tripelpunkt-Druckes kann die Substanz bei einer Senkung der Temperatur nur fest oder bei einer Steigerung der Temperatur nur gasf√∂rmig werden. Die Trennlinie zwischen beiden Bereichen nennt man Sublimationskurve. Auf ihr k√∂nnen feste und gasf√∂rmige Phasen gleichzeitig existieren. Die Sublimationskurve beginnt theoretisch am absoluten Nullpunkt und endet am Tripelpunkt.
  • F√ľr Dr√ľcke oberhalb des Tripelpunkt-Druckes ist die Substanz f√ľr Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes fest, zwischen Schmelz- und Siedepunkt fl√ľssig und oberhalb des Siedepunktes gasf√∂rmig. Die Trennlinie zwischen fester und fl√ľssiger Phase, also die Kurve der Schmelzpunkte, nennt man Schmelzkurve, die Trennlinie zwischen Fl√ľssigkeit und Gas nennt man Siedepunktskurve. Beide Kurven beginnen ebenfalls am Tripelpunkt, wobei sich die Schmelzkurve theoretisch bis in das Unendliche fortsetzt und die Siedepunktskurve am kritischen Punkt endet.
  • Die Freiheitsgrade innerhalb des Phasendiagramms sind von der betrachteten Ebene abh√§ngig. Am Tripelpunkt und am kritischen Punkt existiert kein Freiheitsgrad, da sowohl Druck als auch Temperatur feste, lediglich stoffabh√§ngige Werte besitzen. An den Phasengrenzlinien sind entweder Druck oder Temperatur frei w√§hlbar und bedingen einander, es existiert folglich ein Freiheitsgrad. Im reinen Zustandsraum, also in den Fl√§chen des Phasendiagramms, sind Druck und Temperatur frei w√§hlbar, was zwei Freiheitsgraden entspricht.


Mischungen von Aggregatzuständen

‚Üď gemischt in ‚Üí Feststoff Fl√ľssigkeit Gas
Feststoff Legierung, Konglomerat Suspension, Schwebstoffe, Schlamm, Kolloid Rauch, Aerosol
Fl√ľssigkeit Gel, nasser Schwamm Emulsion, Dispersion Nebel, Aerosol
Gas Hartschaum Schaum Gasgemisch

Nichtklassische Aggregatzustände

Neben den drei klassischen Aggregatzuständen gibt es weitere, die zum Teil nur unter extremen Bedingungen auftreten (nach Temperatur, von niedrigen zu hohen, sortiert).

  • Das Bose-Einstein-Kondensat: Hierbei handelt es sich um eine Menge extrem kalter Atome, die den gleichen quantenmechanischen Zustand einnehmen, dadurch ununterscheidbar werden, sich somit vollkommen koh√§rent verhalten.
  • Fermionen-Kondensation: Ein superkalter Zustand von Fermionen, welche sich durch ihren halbzahligen Spin von den Bosonen (ganzzahliger Spin) unterscheiden (siehe Fermionen-Kondensat).
  • Das Suprafluid: Eine Fl√ľssigkeit ohne innere Reibung und mit nahezu idealer W√§rmeleitf√§higkeit.
  • Der mesomorphe Zustand: Er nimmt eine Zwischenposition zwischen den Aggregatzust√§nden fl√ľssig und fest ein und tritt in verschiedener Auspr√§gung beispielsweise bei Fl√ľssigkristallen oder plastischen Kristallen auf.
  • Der √ľberkritische Zustand tritt bei √úberschreiten des kritischen Punktes auf und ist ein Mischzustand zwischen fl√ľssig und gasf√∂rmig.
  • Das Atomgas: In ihm existieren keine Molek√ľle mehr, da die st√§ndigen St√∂√üe die Bindungen zerst√∂ren, allerdings sind die Elektronen noch fest gebunden.
  • Der Plasmazustand: Er tritt beispielsweise im Lichtbogen, in Sternen und in Kernfusionsreaktoren auf. Bei sehr hohen Temperaturen werden die Atome in Atomkern und -h√ľlle zerlegt, freie Elektronen entstehen.

Plasma

Einen gasförmigen Zustand, in dem freie Elektronen und ionisierte Atome vorkommen, bezeichnet man als Plasma.

Dieser Zustand kann bei hohen Temperaturen (thermischer Zerfall) erreicht werden, aber zum Beispiel auch durch starke elektrische Felder (Blitz, Gasentladungslampe). Bei hohen Temperaturen (‚Čą 5000 K) zerfallen Gase nahezu komplett in ein Plasma, aber auch bei niederen Temperaturen kommen freie Elektronen und ionisierte Atome (auch in Festk√∂rpern oder Fl√ľssigkeiten) nachweislich vor. Es gibt daher keinen Phasen√ľbergang zum Plasma. Daher ist auch umstritten, ob ein Plasma √ľberhaupt zu den Aggregatzust√§nden gerechnet werden kann. Das Plasma wird nicht durch einen Phasen√ľbergang aus dem Gas erzeugt wie etwa Wasser aus Eis, sondern durch Reaktion, n√§mlich durch den Zerfall eines neutralen Atoms in ein Ion und ein Elektron. Es kann sich dann ein Gleichgewicht zwischen neutralen Atomen und Ionen einstellen, das durch die sogenannte Saha-Gleichung beschrieben wird.

Bei noch höheren Temperaturen können die Atomkerne gänzlich freigelegt werden, was bei der Kernfusion wichtig ist. Grundsätzlich verhält sich ein Plasma aber wie ein Gas, nur mit Elektronen und Kationen oder Atomkernen als kleinsten Teilchen. Dadurch ist das Plasma ein guter elektrischer Leiter.

Seine Benennung geht auf den deutschen Chemiker Fritz Winkler zur√ľck. Er w√§hlte sie nach einem Hitzeexperiment am 16. M√§rz 1921, bei dem er diesen Aggregatzustand entdeckte.[1][2]

Weblinks

 Commons: Aggregatzustand ‚Äď Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: Aggregatzustand ‚Äď Bedeutungserkl√§rungen, Wortherkunft, Synonyme, √úbersetzungen

Einzelnachweise

  1. ‚ÜĎ Augsburger Allgemeine vom 16. M√§rz 2011, Rubrik Das Datum
  2. ‚ÜĎ Jan M. Andresen: diary 10, Seite 79, abgefragt am 7. Mai 2011



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