Was haben Wasser, Dampf und Eis gemeinsam? Richtig: Trotz unterschiedlicher Bezeichnungen handelt es sich immer um ein und denselben Stoff, nämlich um Wasser. Und warum haben wir dann drei unterschiedliche Wörter? Ganz einfach: Um die verschiedenen Zustände zu benennen, in denen uns das Wasser begegnet. Einmal flüssig, einmal fest, einmal gasförmig. Die Physik bezeichnet diese drei grundlegenden Beschaffenheiten, also fest, flüssig und gasförmig, als Aggregatzustände.

Fest, flüssig, gasförmig und zurück

Aber was bewirkt den Wechsel von einem Aggregatszustand in einen anderen? Wie kommt er zustande, nach welchen physikalischen Gesetzen läuft der Zustandswechsel ab? Am einfachsten lassen sich diese Fragen am Beispiel des Wassers beantworten. Denn ob Wasser flüssig, fest oder gasförmig vorliegt, hängt in erster Linie von der Temperatur ab. Wird Wasser kälter als 0 Grad Celsius, gefriert es und nimmt den Aggregatzustand "fest" an. Die Schwelle, die das Wasser dabei von flüssig zu fest durchschreitet, ist der Gefrierpunkt. Wird Wasser auf 100 Grad Celsius erhitzt, verdampft es und geht in den Aggregatzustand "gasförmig" über. Die von flüssig zu gasförmig passierte Schwelle ist der Siedepunkt. Die Siedepunkt ist eine entscheidende Grenze: Haben Flüssigkeiten ihre Siedetemperatur erreicht, können sie nicht mehr heißer werden. Ab jetzt dient die zugeführte Wärmeenergie nur noch dem Zweck, ihre Beschaffenheit zu ändern. Mit anderen Worten: Die Temperatur bleibt gleich, aber die Erscheinungsform ändert sich: sie geht in den gasförmigen Aggregatzustand über, aus Wasser wird Dampf.

Ein Prinzip, viele Ausprägungen

Dieses Prinzip gilt für alle Flüssigkeiten und Stoffe. Da aber nicht alle dieselben Eigenschaften haben, haben sie natürlich alle ihre eigene, sehr charakteristischen Gefrier- und Siedetemperatur, die sich stark von der Siede- bzw. Gefriertemperatur des Wassers unterscheidet.

Egal wie hoch oder tief die entsprechenden Schwellenwerte sind, ein Grundsatz gilt immer: Der Übergang von einem Aggregatzustand zum anderen Aggregatzustand benötigt Energie. Sie ist für jeden Stoff unterschiedlich. Beim Übergang von fest zu flüssig nennt man sie spezifische Schmelzenergie, beim Übergang von flüssig zu gasförmig spezifische Verdampfungsenergie.

Die Siedertemperatur: eine Frage des Drucks

Eine entscheidende Rolle bei der Änderung des Aggregatzustands spielt neben der Temperatur auch die physikalische Größe "Druck". Sie kann die Siedetemperatur einer Flüssigkeit beeinflussen, wie das Beispiel des Dampfdruckkochtopfs zeigt. Weil der Topf völlig verschlossen ist, erhöht sich der Druck im Inneren und damit auch die Siedetemperatur: Sie liegt dann nicht mehr bei 100 Grad Celsius, sondern bei etwa 120 Grad. Das heißt: Speisen garen deutlich schneller als unter normalem atmosphärischen Druck.

Umgekehrt verringert sich mit fallendem äußerem Druck auch die Siedetemperatur. Sie sinkt pro 300 Höhenmeter um etwa ein Grad Celsius. Wer im Hochgebirge, wo der Luftdruck mit der Höhe abnimmt, kochen möchte, ist regelmäßig mit diesem Phänomen konfrontiert. Weil der Siedepunkt des Wassers deutlich unter 100 Grad Celsius liegt, ist es extrem schwierig bzw. langwierig, Speisen zu garen.