Phasenübergänge im Alltag

Wasser besteht wie fast alles im Universum aus Materie. Wasser hate verschiedene Aggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig. Wasser wechselt seinen Zustand leicht und häufig: von Eis zu Flüssigkeit oder von Flüssigkeit zu Dampf ... oder andersherum. Diese Phasenübergänge sind ein wichtiger Teil des Wasserkreislaufs auf der Erde.

Doch Wasser ist nicht der einzige Stoff, der seinen Zustand ändert: Jede Materie tut das. Ändert Materie ihren Zustand, ändern sie auch ihre Eigenschaften. Angenommen, du willst ein Objekt aus Plastik – wie diese Flasche – herstellen: Dafür musst du erstmal Kunststoff in die Form einer Flasche bringen. Dazu erhöhst du die Temperatur des Kunststoffs, bis er schmilzt. Flüssiger Kunststoff lässt sich leichter formen – er nimmt die Gestalt der Form an, in die man ihn gießt. Wenn der Kunststoff abgekühlt ist, wird er fest.

Fester Kunststoff ist starr und behält seine Form bei. Viele andere Objekte stellt man ähnlich her: Man schmilzt das Material, gießt es in eine Form und lässt es dann abkühlen, damit es wieder fest wird. Schau mal: ein tragbarer Campingkocher. Er verwendet Alkohol als Brennstoff. Flüssiger Alkohol brennt nicht.

Vermischen sich jedoch die Dämpfe des Alkohols mit der Luft, entzünden sie sich leicht und brennen. Ist der Campingkocher gefüllt mit Alkohol, verdampft der Alkohol von der Oberfläche des Behälters mit Brennstoff. Zündest du den Kocher an, dann verbrennen die Alkoholdämpfe über der Oberfläche der Flüssigkeit. Der restliche flüssige Alkohol wird wärmer, und noch mehr vom Alkohol verdampft. Das schürt die Flamme, und du kannst dein Essen erwärmen!

Wie sieht es aus mit einem Gerät, das du wohl täglich nutzt: deinem Kühlschrank? Weißt du, warum er drinnen immer kalt ist? Auf der Rückseite des Kühlschranks befindet sich ein Rohr mit Kühlmittel. Abhängig vom Druck im Rohr, verwandelt sich das Kühlmittel von Flüssigkeit in Gas oder von Gas in Flüssigkeit. Wenn das Kühlmittel verdampft, nimmt es die Wärme aus dem Kühlschrank auf.

Sobald das Kühlmittel dann kondensiert, gibt es diese Wärme an die Umgebung ab. Im Kühlschrank bleibt es kalt genug, um Lebensmittel zu lagern: wegen der Phasenübergänge des Kühlmittels! Was passiert, wenn du Essen ins Gefrierfach legst? Sobald Wasser in Lebensmitteln zu Eis erstarrt, werden Mikroorganismen, die Essen verderben lassen, inaktiv. Gefrorene Lebensmittel können nicht schlecht werden!

Phasenübergänge helfen also, Lebensmittel zu konservieren! Essen lässt sich durch Phasenübergänge auch konservieren, wenn du es trocknest: dörrst. Heißluft in einem Ofen oder Dörrautomaten lässt das Wasser in Lebensmitteln verdunsten und macht sie viel länger haltbar. Man kann Gefrieren und Dörren auch verbinden. Dazu senkst du zuerst die Temperatur, so dass das gesamte Wasser im Essen erstarrt.

Danach senkst du den Druck, indem du z. B. die Luft in einer Vakuum- kammer absaugst. Ist der Druck dann niedrig genug, verwandelt sich das Eis direkt in Wasserdampf: es sublimiert. Man nennt diesen Vorgang Lyophilisierung oder einfach Gefriertrocknung.

So wird fast die gesamte Feuchtigkeit entfernt. Gefriergetrocknete Lebensmittel sind darum sehr leicht und lassen sich auch ohne Kühlung Monate oder sogar Jahre lang gut lagern! Das Essen lässt sich auch leicht wieder in seine ursprüngliche Form bringen: Man muss einfach nur Wasser hinzugeben. Viele verbinden gefriergetrocknetes Essen oft mit Astronauten, die ins Weltall fliegen. Aber Iöslicher Kaffee oder Milchpulver sind auch gefriergetrocknet und in allen Lebensmittelläden erhältlich!

Fallen dir noch weitere Beispiele ein, wie uns Phasenübergänge im Alltag helfen?