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Grundwissen

Phasenübergänge

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Phasenübergänge sind zwischen allen Zuständen (fest. flüssig, gasförmig) möglich.
  • Bei Phasenübergängen muss Energie hinzugefügt werden bzw. wird Energie frei. Die Temperatur verändert sich dabei zunächst nicht.
  • Bei den Phasenübergängen verändern sich die Bindungen zwischen den Teilchen. Die potentielle Energie (Teil der inneren Energie) ändert sich hierbei
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Bezeichnungen der Phasenübergänge

Abb. 1 Aggregatzustände "fest", "flüssig" und "gasförmig" und die verschiedenen Phasenübergänge zwischen den Aggregatzuständen

Zwischen den drei Aggregatszuständen fest, flüssig und gasförmig sind die in der Animation in Abb. 1 gezeigten Phasenübergänge möglich.

Energie und Temperatur bei den Phasenübergängen

Bei den Phasenübergängen muss Energie zugeführt werden bzw. wird Energie frei ohne das sich die Temperatur des Stoffes verändert.

Erwärmt man einen Festkörper mit einer Heizquelle konstanter Leistung, so kann man in der Regel das folgende (qualitative) Zeit-Temperatur-Diagramm beobachten. Dieses Diagramm wird auch durchlaufen (allerdings in umgekehrter Richtung), wenn man den gasförmigen Körper so lange abkühlt, bis er erstarrt ist.

Abb. 2 Zeit-Temperatur-Diagramm für eine Stoffmenge beim Erwärmen aus dem festen über den flüssigen bis hin zum gasförmigen Zustand

Führt man dem Festkörper laufend Energie zu, so steigt seine Temperatur, die Bewegung der Atome wird heftiger. Der kinetische Anteil der inneren Energie nimmt zu.

Ist die Schmelztemperatur erreicht, so bleibt die Temperatur konstant, obwohl weiterhin pro Zeiteinheit ein fester Energiebetrag zugeführt wird. Die Bindungen zwischen den Teilchen werden "gelockert", der potentielle Anteil der inneren Energie nimmt zu.

Wenn der Festkörper vollständig geschmolzen ist, also nur noch Flüssigkeit vorliegt, führt die Energiezufuhr wiederum zum Temperaturanstieg. Die Bewegung der Atome wird noch heftiger, es bestehen aber noch Bindungen, die in der Regel aber nicht so stark sind wie beim Festkörper. Der kinetische Anteil der inneren Energie nimmt zu.

Mit Erreichen der Siedetemperatur geht die Flüssigkeit allmählich in den Gaszustand über. Trotz Energiezufuhr bleibt die Temperatur solange konstant, bis keine Flüssigkeit mehr vorliegt. Die Bindungen zwischen den Teilchen werden weitgehend aufgelöst, der potentielle Anteil der inneren Energie nimmt zu.

Bei Energiezufuhr im Gaszustand steigt die Temperatur nun wieder an, der kinetische Anteil der inneren Energie nimmt weiter zu.