Die Aggregatzustände

Es ist allgemein bekannt, dass die Materie aus Atomen oder Molekülen aufgebaut ist. Die Stoffe können jedoch in unterschiedlichen Erscheinungsformen vorliegen. Denken wir beispielsweise an Wasser, das immer aus H₂O-Molekülen besteht. Hier gibt es eine feste (Eis), eine flüssige (Wasser) und eine gasförmige Phase (Wasserdampf). Man bezeichnet dies auch als den festen, den flüssigen und den gasförmigen Aggregatzustand.

Die Ursache hierfür ist in der Wechselwirkung der Bausteine der Materie, also der Moleküle bzw. Atome, untereinander zu suchen: Diese befinden sich in ständiger unregelmäßiger Bewegung, deren Intensität von der Temperatur abhängt. Diese wird daher auch thermische Bewegung genannt. Ein deutliches Indiz für die thermische Bewegung der Moleküle ist die Brownsche Molekularbewegung. Wir werden hierauf später genauer eingehen.

Zwischen den Molekülen eines Stoffes wirken andererseits anziehende Kräfte, die als Bindungskräfte oder Molekularkräfte bezeichnet werden. Die thermische Bewegung wirkt den Bindungskräften entgegen. Abhängig vom Verhältnis von Bindungsenergie zu thermischer Energie finden wir die unterschiedlichen Erscheinungsformen der Materie: Wir unterscheiden den festen, den flüssigen und den gasförmigen Aggregatzustand. Jeder der drei Aggregatzustände hat eine besondere innere Struktur, die seine Eigenschaften wesentlich bestimmt.

Ändert sich die Intensität der thermischen Bewegung der Moleküle eines Stoffes, so ändert sich auch das Verhältnis zwischen Bindungsenergie und thermischer Energie. Als Folge kann ein Stoff seinen Aggregatzustand ändern. Man bezeichnet dies als Phasenübergang.

Der flüssige Aggregatzustand

Die Flüssigkeiten nehmen eine Zwischenstellung zwischen dem festen und dem gasförmigen Zustand ein. Wie bei festen Stoffen wirken zwischen den Molekülen Anziehungskräfte, die dafür sorgen, dass sich diese nicht zu weit voneinander entfernen. Flüssigkeiten haben daher eine mit Festkörpern größenordnungsmäßig vergleichbare Dichte. Flüssigkeiten lassen sich ebenfalls kaum komprimieren: Sie haben also ein festes Volumen.

Eine Flüssigkeit

Auch die Moleküle der Flüssigkeit sind ständig in Bewegung. Allerdings führen sie keine schwingende Bewegung wie im Festkörper aus, sondern bewegen sich in ungeordneter Zickzackbewegung, die wir von der Brownschen Molekularbewegung bereits kennen.

Bei Flüssigkeiten sind die Bindungsenergien nicht mehr wesentlich größer als die Energie der thermischen Bewegung. Die Moleküle der Flüssigkeit sind deshalb gegeneinander beweglich, jedoch nicht so frei, wie das bei Gasen der Fall ist. Flüssigkeiten haben daher keine feste Gestalt, sondern nehmen stets die Form ihres Behälters an.