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 gasförmige Aggregatzustand

Die Moleküle eines Gases haben eine derart hohe thermische Energie, dass man die gegenseitige Wechselwirkung zwischen den Molekülen in der Regel vernachlässigen kann. Da die Gasmoleküle aufeinander nur verschwindend geringe Anziehungskräfte ausüben, können sie sich völlig unabhängig voneinander bewegen. Gase haben keine feste Gestalt und füllen jedes ihnen zur Verfügung gestehende Volumen gleichmäßig aus. Sie haben daher auch kein festes Volumen.

Ein Gas

Aufgrund der großen intermolekularen Abstände ist die Dichte des gasförmigen Zustands verglichen mit dem flüssigen oder festem Zustand gering. Im Gegensatz zu Festkörpern und Flüssigkeiten lassen sich Gase stark komprimieren.