Aggregatzustände

Phasen

Ob Eiswürfel, Wasser oder Wasserdampf – es handelt sich stets um denselben Stoff, nur in unterschiedlichen Aggregatzuständen: fest, flüssig oder gasförmig. Eine Phase beschreibt dabei einen Bereich eines Stoffes, in dem die physikalischen Eigenschaften (z. B. Dichte oder Aggregatzustand) überall gleich sind; die Grenzen zwischen mehreren gleichzeitig vorliegenden Phasen (z. B. ein Eiswürfel im Wasserglas) nennt man Phasengrenzen. Die drei klassischen Aggregatzustände unterscheiden sich vor allem in Anordnung und Beweglichkeit ihrer Teilchen: Im Feststoff liegen die Teilchen dicht an dicht und kommen kaum von der Stelle: Sie besetzen feste Gitterplätze oder ordnen sich amorph an, was dem Feststoff feste Form und festes Volumen verleiht. In der Flüssigkeit haben die Teilchen keine festen Plätze mehr, bleiben aber durch intermolekulare Kräfte lose verbunden – Flüssigkeiten haben ein definiertes Volumen, passen sich aber der Form ihres Gefäßes an. Im Gas bewegen sich die Teilchen frei und unabhängig voneinander, füllen Form und Volumen des verfügbaren Raums vollständig aus und sind gut komprimierbar, da viel Platz zwischen ihnen ist. Zusätzlich zu diesen drei Zuständen gibt es noch den Plasma-Zustand, der entsteht, sobald ein Gas so weit erhitzt ist, dass seine Atome in Elektronen und positiv geladene Ionen auseinanderfallen – Plasmen finden sich z. B. in der Sonne, in Blitzen oder in Neonröhren.

In einem Phasendiagramm (Druck gegen Temperatur aufgetragen) lassen sich für einen Stoff die Bereiche der drei Aggregatzustände sowie ihre Grenzlinien (Schmelz-, Dampfdruck- und Sublimationskurve) darstellen. Der Tripelpunkt markiert dabei jene eine spezifische Kombination aus Druck und Temperatur, bei der fester, flüssiger und gasförmiger Zustand gleichzeitig im Gleichgewicht koexistieren.

Ergänzend zur reinen Phasenlehre kennt die Chemie auch verschiedene Stoffgemische, benannt nach dem Aggregatzustand ihrer Bestandteile: Ein Feststoff fein verteilt in einem Gas heißt Rauch, ein Feststoff in einer Flüssigkeit eine Suspension, eine Flüssigkeit fein vermischt mit einer anderen Flüssigkeit eine Emulsion. Legierungen wie Bronze oder Stahl zählen als homogene Gemische aus mehreren Feststoffen (meist Metallen).