Schmelzen, Erstarren, Verdampfen und Kondensieren

Eis, Wasser und Dampf bestehen alle aus demselben Element: Wassermolekülen. Die Moleküle sind allerdings in jedem von ihnen anders angeordnet. Eis, Wasser und Dampf sehen darum anders aus und verhalten sich auch anders. Es sind die drei Aggregatzustände bzw. Phasen des Wassers.

Du hast wohl schon bemerkt, dass Wasser nicht immer in einem Zustand bleibt. Es kann zwischen mehreren Zuständen wechseln. Wir nennen diese Wechsel Phasenübergänge. Dieser Eiswürfel z. B.

hat im Gefrierschrank eine Temperatur von -10 °C. Die Wassermoleküle sind dicht beisammen. Sie bilden eine feste Struktur. Sie können sich nicht frei bewegen und vibrieren nur leicht auf der Stelle. Was passiert, wenn man den Eiswürfel erwärmt?

Die Temperatur steigt. Die Moleküle vibrieren an ihren Stellen immer mehr. Bei einer Temperatur von 0 °C bricht die Struktur langsam auseinander. Jetzt können sich die Moleküle freier bewegen. Der Eiswürfel wandelt sich in Wasser um!

Man nennt diesen Vorgang Schmelzen: ein Phasenübergang, bei dem sich ein fester Stoff in einen flüssigen Stoff umwandelt. Egal wie viel Wärme man hinzufügt: Solange noch Eis vorhanden ist, bleibt die Temperatur des Wassers gleich: 0 °C. Das ist der Schmelzpunkt von Wasser. Alles Eis ist nun zu Wasser geschmolzen. Die Moleküle bilden keine feste Struktur mehr, sind aber immer noch dicht beisammen.

Fügen wir mehr Hitze hinzu! Die Temperatur steigt weiter. Die Moleküle bewegen sich schneller, stoßen aneinander und breiten sich aus, bis einige sich losreißen und abdriften. Aus Wasser wird Gas – Wasserdampf. Das ist ein Beispiel für einen weiteren Phasenübergang: Verdampfung.

Eine Flüssigkeit wandelt sich in ein Gas um. Sie verdampft. Flüssigkeiten können auf zwei Weisen verdampfen. Hier ist eine Wasserpfütze. Nach ein paar Tagen ist die Pfütze weg.

Warum? Moleküle auf der Oberfläche können sich leicht von der Flüssigkeit lösen. Nach und nach wandelt sich alles Wasser in Wasserdampf um, und die Pfütze verschwindet. Das ist eine Art der Verdampfung: Verdunstung. Verdunstung findet nur an der Oberfläche von Flüssigkeiten statt.

Was passiert, wenn man einen Kessel mit Wasser von unten erhitzt? Die Wassermoleküle am Kesselboden erwärmen sich schneller als die an der Wasseroberfläche. Bei einer Temperatur von 100 °C wandelt sich das Wasser in Gas um. Das Gas bildet Blasen, die an die Wasseroberfläche steigen. Das ist die zweite Art der Verdampfung: Sieden.

Egal wie viel Wärme man hinzufügt: Solange das Wasser kocht, bleibt seine Temperatur bei 100 °C ... bis sich alle Flüssigkeit in Gas umgewandelt hat. 100 °C ist der Siedepunkt von Wasser. Eis schmilzt und Wasser verdampft, wenn man die Wassermoleküle erwärmt. Was passiert, wenn man die Wärme abzieht?

Wir kühlen den Dampf ab. Bei sinkender Temperatur verlangsamen sich die Moleküle. Nähern sich die langsam bewegenden Moleküle einander, tun sie sich zusammen. Der Wasserdampf wird also zu flüssigem Wasser: Er kondensiert. Kondensation ist ein weiterer Phasenübergang, bei dem sich ein Gas in eine Flüssigkeit umwandelt.

Mit abnehmender Wärme sinkt die Temperatur. Die Moleküle verlangsamen sich weiter. Bei 0 °C bilden die Moleküle langsam eine geordnete, feste Struktur. Flüssiges Wasser wird zu festem Eis! Das ist ein Beispiel für Erstarren – ein Phasenübergang, bei dem sich eine Flüssigkeit in einen Feststoff umwandelt.

Wasser hat drei verschiedene Aggregatzustände und wechselt in den Phasenübergängen zwischen diesen Zuständen. Bei zunehmender Wärme schmilzt Eis zu Wasser, und Wasser verdampft zu Wasserdampf. Bei abnehmender Wärme kondensiert der Dampf zu Wasser, und Wasser gefriert bzw. erstarrt zu Eis.