Gießen Sie an einem heißen Sommertag ein eiskaltes Getränk in ein Glas und schon bald bilden sich Wassertröpfchen an der Außenseite des Glases. Wie kommt es zu dieser Kondensation auf Glas und woher kommt das Wasser? Ein Verständnis der Zustände und Phasen der Materie beantwortet diese Fragen.
Aggregatzustände
Betrachten Sie drei der Aggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig.
In einem solide, Partikel sind wie Bausteine dicht aneinander gepackt und haben eine bestimmte Form. Die Teilchen des Festkörpers werden sich nicht viel bewegen, aber sie werden von den subatomaren Teilchen wie Elektronen in ständiger Bewegung schwingen.
Flüssigkeiten passt sich der Form eines Behälters an – ähnlich wie ein eiskaltes Getränk, das in das Glas gegossen wird, wo die Flüssigkeit den Behälter füllt. In Flüssigkeiten sind die Partikel locker gepackt und können sich umströmen.
Gase haben keine bestimmte Form und werden sich ausdehnen, um einen Behälter zu füllen. Zwischen gasförmigen Partikeln ist so viel Platz, dass die Partikel selten miteinander in Berührung kommen.
Aggregatzustände: Phasenänderungen
Wasser kann sich je nach Temperatur durch die drei Aggregatzustände bewegen. Es kommt als Feststoff in Eis, flüssigem Wasser und als Gas in Wasserdampf vor.
Betrachten Sie das Flussdiagramm unten, das zeigt, wie die Aggregatzustände ineinander übergehen; die Prozesse, durch die dies geschieht, heißen:
Fest → in schmelzen wird → flüssig → in Verdunstung wird zu → Gas
Das Gegenteil ist:
Gas → in Kondensation wird → flüssig → in Einfrieren wird → fest
Beachten Sie, dass die Kondensationsprozess ist, wenn ein Gas zu einer Flüssigkeit wird. Bei Wasser bedeutet dies, dass aus Wasserdampf flüssiges Wasser geworden ist.
Eine Definition der Kondensationschemie ist der Prozess, bei dem eine Substanz von einem gasförmigen in einen flüssigen Zustand übergeht. Dieser Vorgang wird hauptsächlich durch eine Änderung der Temperatur, aber auch des Drucks verursacht.
Kondensationsprozess und Energie
Sehen Sie sich das Flussdiagramm für Gas in eine Flüssigkeit an:
Gas → in Kondensation wird → flüssig
Erinnern Sie sich auch daran, wie die Moleküle sowohl im gasförmigen als auch im flüssigen Zustand wirkten. In einem Gas haben Teilchen eine hohe kinetische Energie. In einer Flüssigkeit haben sie weniger kinetische Energie. Ein Gas muss Energie verlieren, um flüssig zu werden.
Die Wassermoleküle im gasförmigen Zustand verlieren Wärmeenergie, verlangsamen ihre Bewegung und beginnen, zu einer Flüssigkeit zusammenzukleben.
Kondensation: Wasserkreislauf
Auf dem Glas sind Wasserperlen erschienen, und dies bedeutet laut Definition, dass Wasserdampf auf der Glasoberfläche zu Flüssigkeit kondensiert.
Dieser Wasserdampf ist auch an klaren Tagen immer in der Luft vorhanden. Wasser kondensiert und verdampft immer (das Gegenteil von Kondensation) in der Luft. Das Erfassen des Wasserkreislaufs an der Kondensationsstelle kann helfen, zu erkennen, wie sich Wasser auf einem kalten Glas bildet.
Im Wasserkreislauf verlangsamt Wasserdampf, der in die kühlere obere Atmosphäre gedrückt wird, die Verdampfungsrate auf weniger als die Kondensationsrate. Die Kondensation erfolgt schneller und die gasförmigen Wassermoleküle kondensieren um winzige Luftteilchen herum Staub-, Salz- und Rauchpartikel bilden winzige Tröpfchen, die wachsen können, indem sie mehr flüssiges Wasser sammeln Moleküle.
Kondensation auf Glas
Ähnlich der kühleren oberen Atmosphäre, da das Glas in unserem Beispiel von Anfang an kalt wird von das Eis im Getränk erreicht eine Temperatur, bei der die Kondensation mit einer höheren Rate stattfindet als Verdunstung. Selbst an einem heißen Tag und obwohl heiße Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann als kalte Luft, gibt es eine Obergrenze für die Aufnahme von Wasserdampf.
Die Bewegung von Partikeln kann diese Zunahme der Kondensationsrate erklären. Wenn die heiße Luft mit dem kalten Glas in Kontakt kommt, wird Wärme von der heißen Luft auf das kalte Glas übertragen. Durch den Wärmeverlust an die Umgebungsluft verliert der Wasserdampf durch das Glas Energie. Sobald Energie verloren geht, kondensiert der Wasserdampf auf dem Glas zu Flüssigkeit.
Sobald das Eis im Getränk schmilzt, kommt die Temperatur der Flüssigkeit im Glas und der umgebenden Luft ins Gleichgewicht und es bildet sich kein Kondenswasser auf dem Glas mehr.