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Start›Chemie

Aggregatzustände

Warum schwimmt Eis, warum siedet Wasser hoch im Gebirge schon bei 90 °C und warum lässt sich eine Spritze immer schwerer zusammendrücken? Ändere die Temperatur und beobachte, wie Teilchen sich zu einem Kristall ordnen, als Flüssigkeit aneinander vorbeigleiten oder als Gas auseinanderfliegen. Untersuche danach eine reale Erwärmungskurve und das Boyle-Mariotte-Gesetz mit Zahlen von OpenStax und NIST.

Fortschritt

Über diesen Kurs

Stell ein Becherglas mit Eis von −12 °C auf den Tisch. OpenStax zeigt, was passiert: Nach zehn Minuten hat sich das Eis auf 0 °C erwärmt und ein wenig ist geschmolzen. Dreißig Minuten später ist mehr geschmolzen, aber das Thermometer zeigt immer noch 0 °C. Erst wenn das letzte Eis verschwunden ist, beginnt die Temperatur zu steigen und erreicht 22.2 °C. Das Eis nahm die ganze Zeit Wärme aus dem Raum auf, und dieser Kurs erklärt, wohin diese Wärme ging.

Die sechs Einheiten sind: was Materie ist, Teilchen in Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen, Schmelzen und Gefrieren, Verdunsten und Sieden, Erwärmungskurven sowie Gasdruck und das Gesetz von Boyle. Die Wassermoleküle ändern sich nicht: H₂O ist in Eis, Wasser und Dampf H₂O. Was sich ändert, ist, wie weit die Moleküle voneinander entfernt sind, wie stark sie aneinander haften und wie schnell sie sich bewegen. Verdunstung findet nur an der Oberfläche und bei jeder Temperatur statt, Sieden dagegen in der ganzen Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur. Die Erwärmungskurve wird mit echten Zahlen durchgerechnet: 135 g Eis von −15 °C in Dampf von 120 °C zu verwandeln, braucht 416 kJ, und 305 kJ davon fließen allein ins Sieden. OpenStax rundet jeden Schritt und nennt 416 kJ, während die Summe der ungerundeten Werte 415.4 kJ ergibt, was das Labormodell zeigt.

Die letzte Einheit erklärt den Gasdruck mit bewegten Molekülen. Drückst du das Gas auf das halbe Volumen zusammen, wird jedes Stück Wand doppelt so oft getroffen, also verdoppelt sich der Druck. In einer Übungsaufgabe füllt ein Gas 2.0 L bei 100 kPa und wird bei gleicher Temperatur auf 0.50 L zusammengedrückt, und du bestimmst den neuen Druck.

Bevor du anfängst

Du kannst hier ganz ohne Chemie-Vorkenntnisse beginnen, denn die erste Einheit fragt, was Materie überhaupt ist. Die Einheit zur Heizkurve zählt Wärme in Kilojoule pro Mol, daher hilft der Abschnitt über Mol in Chemische Bindungen, und die Aufgaben zum Boyle-Gesetz brauchen nur Multiplikation und Division.

Wenn du fertig bist

Du kannst Masse von Gewichtskraft unterscheiden, beschreiben, wie sich Teilchen in einem Feststoff, einer Flüssigkeit und einem Gas verhalten, und erklären, warum Eis beim Schmelzen bei 0 °C bleibt. Du sagst, warum Wasser in Leadville bei etwa 90 °C kocht, berechnest aus der Stoffmenge die Wärme, die zum Schmelzen von Eis oder Kochen von Wasser nötig ist, und nutzt das Boyle-Gesetz, um ein neues Gasvolumen zu finden.

  1. 1Was Materie istEine Astronautin wiegt auf dem Mond nur ein Sechstel so viel wie auf der Erde, doch ihre Masse bleibt unverändert.
  2. 2Teilchen in Festkörpern, Flüssigkeiten und GasenStickstoffmoleküle in der Luft um dich herum bewegen sich bei 30 °C mit etwa 519 m/s, schneller als ein Passagierflugzeug.
  3. 3Schmelzen und ErstarrenEin Becherglas mit Eis, das durch die Raumluft erwärmt wurde, blieb beim Schmelzen über eine halbe Stunde lang bei genau 0 °C.
  4. 4Verdunsten und SiedenIn Leadville in Colorado, auf etwa 3100 m Höhe, beträgt der Luftdruck etwa 68 kPa. Wasser siedet dort bei ungefähr 90 °C.
  5. 5ErwärmungskurvenUm 135 g Eis bei −15 °C in Dampf bei 120 °C umzuwandeln, braucht man 416 kJ. Davon entfallen allein 305 kJ auf das Sieden.
  6. 6Gasdruck und das Boyle-Mariotte-Gesetz1662 drückte Robert Boyle eingeschlossene Luft auf ein Viertel ihres Volumens zusammen. Dabei stieg ihr Druck etwa auf das Vierfache.

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Quellen zu diesem Kurs (8)
  • OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 Phases and Classification of Matter (matter, three states, plasma, mass and weight, Moon 1/6, conservation of matter, sand and clouds)
  • 9.2 gas laws (Boyle's law P1V1 = P2V2, syringe 15.0 mL 13.0 psi to 7.5 mL 26 psi, breathing, divers: every 33 ft of sea water adds 1 atm and halves the air volume at 33 ft, Amontons ~1700, Gay-Lussac ~1800, Charles, STP 273.15 K and 101.325 kPa, -273 °C absolute zero)
  • 9.5 kinetic-molecular theory (average kinetic energy proportional to kelvin temperature, KEavg = 3/2 RT, urms = sqrt(3RT/M), N2 at 30 °C 519 m/s, O2 at -23 °C 441 m/s)
  • 10.3 phase transitions (vapor pressure, normal boiling point at 1 atm = 101.3 kPa, Leadville 68 kPa about 90 °C, ΔHvap 44.01 kJ/mol at 25 °C and 40.67 kJ/mol at 100 °C, 1.5 L sweat 3600 kJ, ΔHfus 6.01 kJ/mol, ice at -12 °C staying at 0 °C while melting, CO2 sublimation 26.1 kJ/mol, frost is deposition, heating curve example 135 g ice -15 °C to steam 120 °C = 416 kJ with c ice 2.09, water 4.18, steam 1.86 J/g °C, burner turned up does not raise boiling temperature)
  • NIST Chemistry WebBook phase change data (webbook.nist.gov: ethanol Tfus 159 K, Tboil 351.5 K; nitrogen Tfus 63.3 K, Tboil 77.34 K; oxygen Tfus 54.8 K, Tboil 90.2 K; mercury Tfus 234.31 K, Tboil 629.81 K; CO2 triple point 216.58 K at 5.185 bar, solid vapour-pressure equation Giauque and Egan 1937 giving 194.7 K at 1 atm)
  • USGS Water Science School, Water Density (0.99987 g/cm³ at 0 °C, 1.00000 at 4 °C, 0.95865 at 100 °C; ice about 9% less dense)
  • Britannica, Boyle's law (Robert Boyle 1662, air compressed by mercury; Edme Mariotte 1676)
  • Boyle's 1662 table (48 spaces at 29 2/16 in, 12 spaces at 117 9/16 in of mercury) as reprinted in J. Appl. Physiol. 87 (1999) 1543.

Abgerufen: 2026-10-17