Aggregatzustände des Wasser

Aggregatzustände des Wassers, Übergangsprozesse und die erforderliche (rote Pfeile) bzw. freigesetzte (blaue Pfeile) Energie
Aggregatzustände des Wassers, Übergangsprozesse und die erforderliche (rote Pfeile) bzw. freigesetzte (blaue Pfeile) Energie
Bildquelle: Datengrundlage: Schönwiese 2003, S. 77/78

Unter Normalbedingungen kommt Wasser an oder nahe der Erdoberfläche im gasförmigen, flüssigen und festem Aggregatzustand (Phasen) vor. Ein Wassermolekül kann von einem in einen anderen Aggregatzustand wechseln (vergleiche Abbildung):

  • vom festen in den flüssigen und umgekehrt. Die ablaufenden Prozesse nennt man Schmelzen und Gefrieren.    
  • vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand und umgekehrt. Der erste Prozess wird unterhalb des Siedepunktes als Verdunstung, oberhalb des Siedepunktes als Verdampfung bezeichnet. Der umgekehrte Prozess heißt Kondensation.
  • vom gasförmigen in den festen und umgehrt. Die ablaufenden Prozesse werden in beiden Richtungen als Sublimation bezeichnet.

Jeder dieser Übergange des Wassers ist mit einer Energieänderung verbunden. Dies bedeutet, dass entweder Energie aufgewendet werden muss oder aber Energie frei wird.

Damit Wasser vom festen in den flüssigen Zustand übergeht, ist eine Energie von 3,337 x 105 J/kg erforderlich (Schmelzenergie). Für den Übergang aus der flüssigen in die gasförmige Phase ist eine Energiemenge erforderlich, die als Verdunstungs- bzw. Verdampfungsenergie bezeichnet wird. Diese Energie "versteckt" sich im gasförmigen Zustand - man spricht von latenter Energie. Der Energiebetrag ist von der Temperatur abhängig: bei 100° beispielsweise 2,2636 x 106 (Verdampfen), bei 15° hingegen 2,4652 x 106 J/g (Beispiel für Verdunsten).  Das Wassermolekül befindet sich nun in der energetisch höchsten Phase. Bei den umgekehrten Prozessen, Kondensation und Gefrieren, wird hingegen die aufgewendete Verdunstungs- und Schmelzenergie wieder frei. Da diese Energiefreisetzung durch die Temperatur - messbar - in Erscheinung tritt, bezeichnet man diese auch als fühlbare (sensible) Energie.

Das Wassermolekül kann aber auch direkt von der energetisch niedrigsten Phase (fest) in die höchste (gasförmig) übergehen. Dazu ist die Sublimationsenergie von 2,86 x 106 J/kg erforderlich, die im umgekehrten Fall wieder frei wird (Schönwiese 2003, S. 77/78). Diese setzt sich ungefähr aus Verdunstungs- und Schmelzenergie zusammen.