Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Aggregatzustände
- Phasenwechsel zwischen Materiezuständen
- Plötzliche Temperaturänderungen und Phasenzustände
- Temperatureinflüsse auf die Phase
Materie kann in festem, flüssigem oder gasförmigem Zustand vorliegen, und der Zustand eines Stoffes kann weitgehend durch seine Temperatur bestimmt werden. Wenn eine bestimmte Temperaturschwelle überschritten wird, die für jede Substanz im Universum spezifisch ist, kommt es zu einer Phasenänderung, die den Zustand der Materie verändert. Unter konstanten Druckbedingungen ist die Temperatur die primäre Determinante einer Substanzphase. Der Temperaturunterschied und die Phasen unterschiedlicher Materie ermöglichen den Betrieb von Wärmekraftmaschinen und Kühlschränken.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Temperatur hat direkten Einfluss darauf, ob ein Stoff als Feststoff, Flüssigkeit oder Gas vorliegt. Im Allgemeinen werden durch Erhöhen der Temperatur Feststoffe in Flüssigkeiten und Flüssigkeiten in Gase umgewandelt. Beim Reduzieren werden Gase zu Flüssigkeiten und Flüssigkeiten zu Feststoffen.
Aggregatzustände
Bei niedrigen Temperaturen nimmt die molekulare Bewegung ab und Substanzen haben weniger innere Energie. Atome werden sich relativ zueinander in energiearmen Zuständen niederlassen und sich sehr wenig bewegen, was für feste Materie charakteristisch ist. Mit steigenden Temperaturen werden die Bestandteile eines Feststoffs mit zusätzlicher Wärmeenergie beaufschlagt, was zu einer zusätzlichen Molekülbewegung führt. Moleküle drängen sich aneinander und das Gesamtvolumen eines Stoffes nimmt zu. Zu diesem Zeitpunkt ist die Materie in den flüssigen Zustand übergegangen. Ein gasförmiger Zustand liegt vor, wenn Moleküle aufgrund erhöhter Temperaturen so viel Wärmeenergie absorbiert haben, dass sie sich mit hoher Geschwindigkeit frei umeinander bewegen können.
Phasenwechsel zwischen Materiezuständen
Der Punkt, an dem Materie, die einer bestimmten Temperatur unter konstanten Druckbedingungen ausgesetzt ist, beginnt, ihre Phase zu ändern, wird als Phasenänderungsschwelle bezeichnet. Bei dieser Temperatur ändert jedes Stück der Substanz, das der Hitze ausgesetzt ist, seinen Zustand. Am Schmelzpunkt tritt eine Verschiebung von einem Feststoff zu einer Flüssigkeit auf, und der Übergang von einer Flüssigkeit zu einem Gas findet am Siedepunkt statt. Umgekehrt ist der Moment des Wechsels von einem Gas zu einer Flüssigkeit der Kondensationspunkt und die Verschiebung von einer Flüssigkeit zu einem Feststoff findet am Gefrierpunkt statt.
Plötzliche Temperaturänderungen und Phasenzustände
Ein Stoff kann einen Phasenwechsel von einem Feststoff zu einem Gas oder von einem Gas zu einem Feststoff eingehen, wenn sich die Temperatur, der er ausgesetzt ist, sehr schnell ändert. Wenn die Temperatur um einen Feststoff sehr schnell ansteigt, kann es zu einer Sublimation oder einem Phasenwechsel von einem Feststoff zu einem Gas kommen, ohne dass es sich um eine Flüssigkeit handelt. In der Gegenrichtung kann ein plötzlich unterkühltes Gas eine vollständige Abscheidung erfahren.
Temperatureinflüsse auf die Phase
Wenn der Druck konstant ist, hängt der Zustand eines Stoffes vollständig von der Temperatur ab, der er ausgesetzt ist. Aus diesem Grund schmilzt Eis, wenn es aus einem Gefrierschrank genommen wird, und Wasser kocht aus einem Topf, wenn es zu lange bei einer zu hohen Temperatur belassen wird. Die Temperatur ist lediglich ein Maß für die in der Umgebung vorhandene Wärmeenergie. Wenn ein Stoff in eine Umgebung mit einer anderen Temperatur gebracht wird, wird Wärme zwischen dem Stoff und der Umgebung ausgetauscht, so dass beide eine Gleichgewichtstemperatur erreichen. Wenn ein Eiswürfel Wärme ausgesetzt wird, absorbieren seine Wassermoleküle Wärmeenergie aus der umgebenden Atmosphäre und beginnen sich energetischer zu bewegen, wodurch das Wassereis zu flüssigem Wasser schmilzt.