2.2 Phasenübergang fest – gasförmig Festkörper gehen manchmal direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Diesen Vorgang nennt man Sublimation. Die erforderliche Energie wird dem Festkörper entzogen, der sich dadurch abkühlt. Neben intensivem Sonnenschein, warmem Wind oder Regen ist Sublimation ein weiterer, allerdings langsamer Mechanismus, durch den im Winter eine Schnee- oder Eisdecke schwindet. Bei kaltem trockenem Wetter schmilzt Schnee nicht, sondern geht direkt in Wasserdampf über. In ähnlicher Weise trocknet gefrorene Wäsche im Winter im Freien oft schneller als in der feuchten warmen Luft einer geheizten Wohnung. Ein kleiner Teil der Moleküle im Eis besitzt ausreichend Energie, um den Molekularkräften zu entkommen und Wasserdampf über der Eisoberfläche zu bilden, zu sublimieren. Den umgekehrten Vorgang kann man z.B. am Gefrierfach des Kühlschranks beobachten. Der Wasserdampf in der Luft wird im Kontakt mit den kalten Wänden unmittelbar fest, ohne dass sich zuvor flüssiges Wasser bildet. Das Gefrierfach muss regelmäßig abgetaut werden. Raureif (106.1) ist ebenfalls ein Verfestigungsprodukt. Er entsteht an dünnen Gegenständen (Ästen, Blättern) als locker anhaftende und zerbrechliche Eisnadeln. Diese Nadeln bilden sich aus dem Wasserdampf bei sehr feuchter Luft, schwachem Wind und tiefen Temperaturen. Sublimation wird auch in technischen Prozessen genutzt (106.2). In der Lebensmittelindustrie werden z. B. Beerenobst (Müslifrüchte) und Kaffee (Instant-Kaffee) zur Schonung des Aromas durch Gefriertrocknung Wasser entzogen. Untersuche, überlege, forsche: Wärmekissen – Thermopads 106.1 S3 Bei Phasenumwandlungen wird Energie in einem Körper gespeichert (z. B. beim Schmelzen) oder abgegeben (z.B. beim Erstarren). Da sich dabei die Temperatur nicht ändert, wird diese Energie latente (verborgene) Energie genannt. Anwendung findet dieser Effekt beispielsweise in wiederverwendbaren Wärmekissen. Informiere dich über das Funktionsweise von Wärmespeichern, die auf Phasenumwandlung beruhen. Die verwendeten Materialien werden engl. phase change materials genannt. 2.3 Phasenübergang flüssig – gasförmig Verdunsten Lässt man ein Gefäß mit Wasser längere Zeit offen stehen, so wird das Wasser allmählich weniger. Wohin verschwindet es? Das Wasser verdunstet. In einer Flüssigkeit haben nur wenige Moleküle ausreichend Energie, um gegen die Anziehung der Molekularkräfte den Molekülverband zu verlassen. Über der Wasseroberfläche bilden sie die gasförmige Phase von Wasser – den Wasserdampf (106.3). Einige Moleküle kehren wieder vom Dampf ins Wasser zurück, andere ersetzen sie aus der Flüssigkeit. Wäre das Gefäß geschlossen, würde sich ein stabiles Gleichgewicht aus Verdunsten und Kondensieren einstellen. Beim offenen Gefäß können Moleküle – besonders durch Luftströmungen, z. B. indem man den Dampf wegbläst – in die Umgebung entweichen. Da das Wasser die schnellsten Moleküle verliert, nimmt die mittlere Molekülgeschwindigkeit ab. Das Wasser wird kälter. Dieses Phänomen kennen wir vom Schwitzen: Der Schweiß verdunstet und der Körper kühlt ab. Feuchte Wäsche trocknet im Wind rascher, mit einem Fön werden nasse Haare schnell trocken. Untersuche, überlege, forsche: Kühlen durch Verdunsten 106.2 E2 Feuchte Badewäsche wird oft als kalt empfunden. Plane eine Untersuchung, um die kühlende Wirkung feuchter Wäsche quantitativ zu erfassen. 106.1 Raureif 106.2 Trockeneis ist gefrorenes Kohlenstoffdioxid (CO2), das bei Temperaturen über −78 °C und bei normalem Luftdruck direkt in den gasförmigen Zustand übergeht. Das Bild zeigt CO2Stücke in Wasser. Über ihnen kondensiert der Wasserdampf in der Luft und bildet Nebel. Trockeneis hat zahlreiche Anwendungen in Technik, Medizin (Vereisen von Warzen) und Unterhaltung (Bühnennebel) und dient als Kühlmittel für den Transport von Medikamenten und Lebensmitteln. 106.3 Flüssigkeit verdunstet: Die schnellsten Moleküle überwinden die anziehenden Molekularkräfte. Durch Blasen kann man die Dampfmoleküle entfernen, bevor sie in die Flüssigkeit zurückkehren. Indem die energiereichsten Moleküle entfernt werden, sinkt die Temperatur der Flüssigkeit. 106 Thermodynamik 2 Phasenübergänge Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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