Die Temperatur ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie der Moleküle in einem Stoff und kann auf drei verschiedenen Skalen gemessen werden: Celsius, Fahrenheit und Kelvin. Unabhängig von der verwendeten Skala zeigt die Temperatur aufgrund ihrer Beziehung zur kinetischen Energie ihre Wirkung auf die Materie. Kinetische Energie ist die Bewegungsenergie und kann als Bewegung von Molekülen innerhalb eines Objekts gemessen werden. Die Untersuchung des Einflusses verschiedener Temperaturen auf die kinetische Energie identifiziert deren Auswirkungen auf die verschiedenen Aggregatzustände.
Der Gefrier- oder Schmelzpunkt
Ein Festkörper besteht aus Molekülen, die dicht beieinander gepackt sind, wodurch das Objekt eine starre Struktur erhält, die gegen Veränderungen resistent ist. Wenn die Temperatur ansteigt, beginnt die kinetische Energie der Moleküle innerhalb des Festkörpers zu vibrieren, was die Anziehungskraft dieser Moleküle verringert. Es gibt eine Temperaturschwelle, die als Schmelzpunkt bezeichnet wird, bei der die Schwingung ausreicht, um den Feststoff in eine Flüssigkeit zu verwandeln. Der Schmelzpunkt wiederum gibt auch die Temperatur an, bei der die Flüssigkeit wieder in den Feststoff übergeht, also auch der Gefrierpunkt.
Der Siede- oder Kondensationspunkt
In einer Flüssigkeit sind Moleküle nicht so stark komprimiert wie in einem Festkörper und können sich bewegen. Dies verleiht der Flüssigkeit die wichtige Eigenschaft, die Form des Behälters, in dem sie gehalten wird, annehmen zu können. Steigt die Temperatur – und damit die kinetische Energie – einer Flüssigkeit, beginnen die Moleküle schneller zu schwingen. Sie erreichen dann eine Schwelle, an der ihre Energie so groß wird, dass die Moleküle in die Atmosphäre entweichen und die Flüssigkeit zu einem Gas wird. Diese Temperaturschwelle wird Siedepunkt genannt, wenn der Übergang von flüssig zu gasförmig mit steigender Temperatur erfolgt. Wenn der Übergang von gasförmig zu flüssig erfolgt, wenn die Temperatur darunter fällt, ist dies der Kondensationspunkt.
Kinetische Energie von Gasen
Gase haben die höchste kinetische Energie aller Aggregatzustände und treten daher bei den höchsten Temperaturen auf. Eine Erhöhung der Temperatur eines Gases in einem offenen System ändert den Aggregatzustand nicht weiter, da sich die Gasmoleküle nur unendlich weiter voneinander entfernen. In einem geschlossenen System führt jedoch eine Erhöhung der Temperatur der Gase zu einer Druckerhöhung aufgrund auf die sich schneller bewegenden Moleküle und die erhöhte Frequenz der Moleküle, die auf die Seiten des Container.
Einfluss von Druck und Temperatur
Auch der Druck spielt bei der Untersuchung der Auswirkungen der Temperatur auf die verschiedenen Aggregatzustände eine Rolle. Nach dem Boyle’schen Gesetz stehen Temperatur und Druck in direktem Zusammenhang, d. h. eine Temperaturerhöhung führt zu einer entsprechenden Druckerhöhung. Dies wird wiederum durch die mit steigender Temperatur verbundene Zunahme der kinetischen Energie verursacht. Bei ausreichend niedrigen Drücken und Temperaturen können Feststoffe die flüssige Phase umgehen und durch einen als Sublimation bezeichneten Prozess direkt von einem Feststoff in ein Gas umgewandelt werden.