In der Schule lernen wir meist drei Aggregatzustände kennen: fest, flüssig und gasförmig. Später stoßen wir auf einen vierten: Plasma. Doch es gibt noch viel mehr, wie Bose-Einstein-Kondensate oder Zeitkristalle. Wie viele gibt es wirklich?
Experten der Physik gehen von vier grundlegenden Aggregatzuständen aus – fest, flüssig, gasförmig und Plasma –, die natürlicherweise im Universum vorkommen. Daneben existieren exotische Zustände, die physikalisch möglich, aber im Alltag selten sind.
Was ist ein Aggregatzustand?
Dasselbe Material kann je nach Temperatur und Druck unterschiedliche Formen annehmen. Jede Form definiert einen Aggregatzustand, der die Anordnung, Bewegung und Bindung der Moleküle beschreibt.
Die wichtigsten Aggregatzustände
Fest
Im festen Zustand sind Moleküle eng gepackt und durch starke intermolekulare Kräfte gebunden. Sie schwingen nur leicht an ihrer Position, weshalb Festkörper Formstabilität behalten. Meist ist dies der dichteste Zustand – außer bei Eis, das auf Wasser schwimmt.
Kristalline Festkörper zeigen regelmäßige Muster, amorphe wie Glas nicht.
Flüssigkeit
Erhitzt man einen Feststoff auf den Schmelzpunkt, gewinnen die Moleküle genug Energie, um sich zu lösen. In Flüssigkeiten bleiben Kräfte stark, doch Moleküle gleiten umeinander, nehmen Behälterform an und sind etwas weniger dicht gepackt.
Gas
Über dem Siedepunkt lösen sich Moleküle fast vollständig, Kräfte schwächen sich extrem. Gase füllen ihren Raum aus, sind komprimierbar und bewegen sich chaotisch. Selbst unter dem Siedepunkt verdampfen Flüssigkeiten langsam durch Moleküle mit hoher Oberflächenenergie.
Plasma
Plasma entsteht, wenn heißes Gas ionisiert wird: Elektronen lösen sich von Atomkernen. Dieses Gemisch aus geladenen Teilchen leitet Strom hervorragend und verhält sich anders als normales Gas.
Exotische Aggregatzustände
Die Physik kennt weitere Zustände unter Extrembedingungen:
Supraleiter
Bei supraleitenden Materialien verschwindet der elektrische Widerstand unter einer kritischen Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt.
Bose-Einstein-Kondensat
Bosonen wie Photonen, bei extrem niedrigen Temperaturen und Dichte, zeigen makroskopische Quanteneffekte.
Zeitkristalle
Hier wiederholen sich Bewegungen periodisch in der Zeit, ohne Energieverlust – im Gegensatz zu räumlichen Kristallen.