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Zustände
der Materie
Juliette
Warum ist Wasser normalerweise flüssig?
Jean-Jacques
Deine Frage zeigt, dass du über eine gute Beobachtungsgabe verfügst. Also,
die Materie kann mehrere Zustände annehmen. Das hast du doch sicher schon
erraten. Was ist Luft? Ein Gas. In
welcher Form kann die Materie sonst noch vorkommen?
Juliette
Mmh... als Kristalle...
Jean-Jacques
Also in fester Form.
Juliette
Flüssig...
Jean-Jacques
Die Materie kann also einen festen, einen flüssigen oder einen gasförmigen
Zustand annehmen. Wie nennt man sie, wenn sie fest ist?
Juliette
Na ja... Eis...
Jean-Jacques
Ganz genau. Und wenn sie flüssig ist?
Juliette
Dann wird sie zu Wasser.
Jean-Jacques
Wasser. Und gasförmig?
Juliette
Mmh.... dann wird daraus Luft.
Jean-Jacques
Oder Wasserdampf, genau.
Der Unterschied zwischen dem festen, dem flüssigen und dem gasförmigen
Zustand besteht bei Wasser nur darin, dass im Eis alle Moleküle unbeweglich
sind und immer an derselben Position verharren. In einer Flüssigkeit ändern
sie zwar ihre jeweilige Stellung, sie sind aber gefangen, ähnlich wie
in einem Sack. Bei einem Gas hingegen bewegen sie sich völlig unabhängig
voneinander. Das heißt also, es handelt sich eigentlich immer um
dieselben Moleküle, der Unterschied zwischen den drei Zuständen liegt
nur in ihrer jeweiligen Position zueinander.
Juliette
Ja... Aber gibt es auch Stoffe, die mehr als drei Zustände annehmen können?
Jean-Jacques
Gut, es gibt Zwischenformen, aber das ist sehr kompliziert zu erklären.
Juliette
Dieser Tisch hier müsste eigentlich... fest sein!
Jean-Jacques
Ja, natürlich!
Juliette
Aber er kann auch flüssig oder gasförmig werden...
Jean-Jacques
Aber nein! Weil Holz nicht aus einem bestimmten chemischen Element besteht.
Es ist eine Mischung aus mehreren chemischen Produkten. Man kann es nicht
in einen flüssigen oder gasförmigen Zustand überführen... Du brauchst
dir ja diesen Tisch nur mal genauer anzusehen. Dann kannst du erkennen,
dass er aus vielen unterschiedlichen Dingen besteht, aus kleinen Adern
zum Beispiel... usw...
Juliette
Manchmal kommen so ganz kleine Würmer und fressen die Moleküle auf. Jeder
isst doch eigentlich Moleküle, oder? Aber ich glaube nicht, dass wir Menschen
solche harten, festen Moleküle essen...
Jean-Jacques
Aber doch, natürlich. Wenn man etwas aufbricht oder aussaugt, dann tut
man genau das, man überführt einen Teil der festen Moleküle in flüssige.
Juliette
Weil die Zunge ein bisschen warm ist, oder?
Jean-Jacques
Du hast alles verstanden! Bei Wasser hängt die Verwandlung von Eis in
den flüssigen oder gasförmigen Zustand von der Temperatur ab. Du
hast sicher schon beobachtet, dass Eis nur unterhalb von Null Grad entsteht.
Die Materie geht also bei genau Null Grad in ihren flüssigen Zustand über;
und wenn du sie noch weiter erwärmst - auf genau 100 Grad - wird sie gasförmig.
Anders gesagt - und das beantwortet deine Frage - werden die drei Zustände
der Materie durch die Temperatur bestimmt, aber auch durch den Druck,
dem sie ausgesetzt sind.
Juliette
Druck... aber wie stark muss der denn sein?
Jean-Jacques
Also, die Temperatur steht immer in einem bestimmten Verhältnis zum Druck.
Wenn Wasser zum Beispiel bei 100 Grad in Wasserdampf übergeht, muss dabei
ein atmosphärischer Druck herrschen, das heißt, er ist mit einem
Barometer messbar. Der Druck, weißt du, ist....
Juliette
Wenn man sich mit einem Gegenstand oder mit bloßen Händen auf etwas
aufstützt - zum Beispiel auf einen Stuhl - dann entsteht ein Druck...
Jean-Jacques
Genauso ist es! Anders gesagt, der Druck entspricht dem Gewicht einer
bestimmten Menge eines Stoffes... Verstehst du das? Ist nicht so einfach,
oder?
Die Luft hat auch ein Gewicht. Eis wiegt etwas, Wasser wiegt etwas, und
es gibt keinen Grund, weshalb die Materie, wenn sie gasförmig wird,
plötzlich ihr Gewicht verlieren sollte! Der Druck bleibt also erhalten.
Juliette
... Jeder hat ein Gewicht, alles, auch die Luft..., aber man spürt ihren
Druck nicht. Gibt es auf dem Mond denn auch so einen Druck?
Jean-Jacques
Auf dem Mond ist der atmosphärische Druck anders. Da herrscht sozusagen
ein Vakuum. Deshalb tragen die Kosmonauten auch Sauerstoffhelme, damit
sie dort überhaupt am Leben bleiben. Denn der Mensch benötigt zum
Leben einen bestimmten Druck.
Juliette
Ja...
Jean-Jacques
Also, ich hab' da ein kleines Experiment für dich, das kannst du mal ausprobieren.
Du nimmst einen Eisblock, legst einem dünnen Faden darauf und versuchst,
diesen Faden nach unten zu drücken. Du wirst sehen, dass dein Faden durch
das Eis hindurch dringt.
Juliette
Aber der Faden muss bestimmt ganz dünn sein...
Jean-Jacques
Nein, überhaupt nicht, denn unter Druck wird das Eis flüssig, auch unterhalb
von Null Grad. Man kann sehr gut durch Eis hindurch schneiden, wenn man
beide Seiten eines solchen Fadens mit einem Gewicht beschwert. Nach einigen
Stunden ist er durch das Eis gedrungen, wobei das Wasser über der Schnittstelle
wieder gefroren ist.
Juliette
Weil der Faden eine Art Wärmequelle ist, kann das Eis darunter schmelzen...
Jean-Jacques
Nein, nein, so ist es nicht... Das Eis schmilzt unter dem Druck des Fadens.
Es hat immer noch eine Temperatur von Null Grad, aber der Druck verändert
seinen Schmelzpunkt.
Juliette
Ok. Aber ich hab' da noch eine andere Frage. Warum ist das Wasser beim
Duschen eigentlich immer flüssig? Warum ist es nicht fest oder gasförmig?
Jean-Jacques
Aber ich habe dir doch schon erklärt, dass Wasser unterhalb von Null Grad
fest und oberhalb von 100 Grad gasförmig ist. Es liegt also auf der
Hand, dass die Wassertemperatur beim Duschen zwischen Null und 100 Grad
liegen muss. So einfach ist das!
Juliette
Ach so, ja... Daran hab' ich gar nicht gedacht! Es gibt bestimmt immer
noch welche, die das nicht verstehen!
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