Aggregatzustand

Ein Aggregatzustand ist die Art der Verbindung und Verschiebbarkeit der kleinsten Teile, aus denen Materie zusammengesetzt ist. Anders formuliert sind Aggregatzustände fundamentale Erscheinungsformen von Materie, die sich jeweils sprunghaft in der Mobilität ihrer Atome und Moleküle sowie in der Stärke der Wechselwirkungen zwischen diesen unterscheiden.^[1][2][3] Die klassischen Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig lassen sich daher sensorisch anhand ihrer unterschiedlichen makroskopischen mechanischen und rheologischen Eigenschaften identifizieren.^[4] Daneben werden in der Physik auch weitere, in der Biosphäre der Erde nicht oder kaum natürlich vorkommende Erscheinungsformen der Materie als Aggregatzustand bezeichnet. So gilt Plasma, aus dem beispielsweise die Sonne besteht, als vierter Aggregatzustand der Materie.^[5]

Bestimmte Stoffe, wie etwa Flüssigkristalle, viskoelastische Stoffe oder Schmelzen besonders langkettiger Polymere, können Merkmale sowohl des festen als auch des flüssigen Aggregatzustandes aufweisen. Gläser ataktischer Polymere mit hohen Molekulargewichten werden oft als Festkörper betrachtet, obwohl es sich bei diesen lediglich um Flüssigkeiten mit einer – verglichen mit den Zeitskalen menschlicher Wahrnehmung – stark verlangsamten Dynamik handelt.^[6][7]

Der Begriff Aggregatzustand ist vom enger gefassten Begriff Phase abzugrenzen. Eine Phase ist innerhalb eines Materials ein räumlich begrenzter Bereich, der chemisch und physikalisch einheitliche Eigenschaften aufweist.^[8] Ein Aggregatzustand kann mehrere Phasen umfassen. Beispielsweise können homogene Feststoffe bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken in unterschiedlichen Kristallmodifikationen vorliegen, die durch enantiotrope Umwandlungen ineinander überführbar sind und die jeweils eine eigene Phase darstellen. Heterogene Gemische können einheitlich im festen oder flüssigen Aggregatzustand vorliegen, aber mehrere Phasen unterschiedlicher stofflicher Zusammensetzungen enthalten. Bei Gasen und Plasmen lassen sich die Begriffe Aggregatzustand und Phase synonym verwenden.

Die Überführung eines Stoffes in einen anderen Aggregatzustand erfolgt durch einen Phasenübergang, der sich durch eine Zustandsänderung herbeiführen lässt, etwa durch eine Änderung der Temperatur, des Drucks oder des Volumens. Die Grenzen zwischen den verschiedenen Aggregatzuständen im Zustandsraum eines Stoffes lassen sich graphisch mit Hilfe von Phasendiagrammen darstellen.

1. ↑ Iwan Gutzow, Jürn Schmelzer: The Vitreous State. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1995, ISBN 3-662-03189-2, S. 7, doi:10.1007/978-3-662-03187-2. 
2. ↑ Aggregatzustand. In: Lexikon der Physik. Abgerufen am 4. Februar 2021. 
3. ↑ Wolfgang Bechmann, Ilko Bald: Einstieg in die Physikalische Chemie für Naturwissenschaftler (= Studienbücher Chemie). 7. Auflage. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 2020, ISBN 978-3-662-62033-5, Kapitel 1.1 Begriffe zur Beschreibung stofflicher Zustände, doi:10.1007/978-3-662-62034-2. 
4. ↑ Charles E. Mortimer, Ulrich Müller: Chemie: Das Basiswissen der Chemie. 13. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2020, ISBN 978-3-13-242274-2, Kapitel 1.2 Elemente, Verbindungen, Gemische, doi:10.1055/b-006-163279. 
5. ↑ Ulrich Stroth: Plasmaphysik – Phänomene, Grundlagen und Anwendungen. 2. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 2018, ISBN 978-3-662-55235-3, Kapitel 1 Einleitung, doi:10.1007/978-3-662-55236-0. 
6. ↑ David I. Bower: An introduction to polymer physics. Cambridge University Press, Cambridge 2002, ISBN 0-511-07757-2, 7.4 Time–temperature equivalence and superposition. 
7. ↑ Gert Strobl: The Physics of Polymers – Concepts for Understanding Their Structures and Behavior. 3. Auflage. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-25278-8, 6.3 Specific Relaxation Processes and Flow Behavior, doi:10.1007/978-3-540-68411-4. 
8. ↑ J. B. Clark, J. W. Hastie, L. H. E. Kihlborg, R. Metselaar, M. M. Thackeray: Definitions of terms relating to phase transitions of the solid state (IUPAC Recommendations 1994). In: Pure and Applied Chemistry. Band 66, Nr. 3, 1. Januar 1994, ISSN 1365-3075, S. 577–594, doi:10.1351/pac199466030577.