Aggregatietoestand

De aggregatietoestand is de fysische staat waarin een gegeven hoeveelheid materie zich bevindt. De overgang van de ene naar de andere aggregatietoestand van materie is een natuurkundig proces onder invloed van temperatuur en druk; er vinden geen chemische veranderingen plaats.

Traditioneel worden drie aggregatietoestanden onderscheiden:

Bij extreme temperaturen en drukken komen daarbij:

Het begrip aggregatietoestand is nauw verwant aan het (bredere) begrip fase.

Traditionele aggregatietoestanden

Op aarde komt materie stabiel in de eerste drie aggregatietoestanden voor. Bij lage temperatuur vormt materie een vaste stof, bij stijgende temperatuur een vloeistof en bij een nog hogere temperatuur een gas. Een plasma komt op aarde kortstondig voor hij het optreden van bliksem.

In de natuur kan materie in de vaste aggregatietoestand kristallijn, semikristallijn of amorf voorkomen.

De drie aggregatie toestanden van een stof en de benamingen van de overgangen

Bij de overgang van een aggregatietoestand naar een andere (smelten/stollen; verdampen/condenseren; sublimeren/rijpen) verandert er vanuit scheikundig standpunt niets. Water bijvoorbeeld gaat, bij dalende temperatuur, vanuit de vloeibare aggregatietoestand over in die van (de (vaste stof) ijs, en bij stijgende temperatuur in waterdamp. Scheikundig bezien blijft het water hierbij onveranderd: H2O. Voor de entropie (S) van deze aggregatietoestanden geldt er dat Sgas > Svloeibaar > Svast.

De gangbare definities van de eerste drie aggregatietoestanden zijn:

  • Een hoeveelheid vaste stof heeft bij een gegeven temperatuur een eigen volume en een eigen vorm.
  • Een hoeveelheid vloeistof heeft bij een gegeven temperatuur een eigen volume, maar neemt de vorm van het vat aan.
  • Een hoeveelheid gas past zowel zijn volume als zijn vorm aan die van het vat aan.

De overgang van vaste stof naar vloeistof noemt men smelten, die van vloeistof naar gas verdampen. Andersom wordt de overgang van gas naar vloeistof condenseren genoemd, en van vloeistof naar vaste stof stollen.

Het is voor sommige stoffen onder bepaalde condities mogelijk om de vloeistoffase over te slaan. Bij de directe overgang van vast naar gas spreekt men van sublimatie, van gas direct naar vaste stof spreekt men van rijpen (zoals rijp na nachtvorst), of van neerslaan (bijvoorbeeld het afzetten van metaal-damp als coatings op lenzen).

Boven een bepaalde hoogte van druk en temperatuur is er geen verschil meer tussen de vloeibare en de gasfase van een gegeven stof. De druk en temperatuur waarboven dit verschil wegvalt noemt men het kritische temperatuur van deze stof en de stof die voorbij dat punt is noemt men superkritisch.

Tussen vaste stof en vloeistof ligt de vloeibare kristalfase (liquid crystal, bekend van het lcd). Soms worden ook amorfe stoffen (zoals glas) als een tussenvorm beschouwd.

Het tripelpunt is het punt (temperatuur/druk) waarin een stof zich in de gasvormige, vloeibare en vaste fasen tegelijk bevindt. Bij deze fase ligt voor iedere gegeven stof de druk en de temperatuur vast. De verhouding gas/vloeistof/vaste stof kan bij het tripelpunt van de gegeven stof wel variƫren.