Kondensation ist der Übergang eines Stoffes vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand. Das Produkt einer Kondensation wird als Kondensat bezeichnet. Kondensierte Materie bezeichnet hingegen allgemein Materie in flüssiger oder fester Form. Die bei der Kondensation herrschenden Werte für Druck und Temperatur kennzeichnen den Kondensationspunkt. Bei der Kondensation wird Energie vom Kondensat an die Umgebung abgegeben. Diese Kondensationsenthalpie hat den gleichen Betrag wie die Verdampfungsenthalpie.

Kondensation ist ein wichtiger Prozess im Zusammenhang mit dem Wetter. Wolken, Nebel, Tau und Raureif entstehen durch die Kondensation von Wasser aus der Luft. In Dampfkraftwerken wird Wasser erst verdampft und dann nach Durchgang durch die Turbine in einem Kondensator wieder in den flüssigen Aggregatzustand versetzt. Handelsübliche Kühlschränke nutzen einen Kreislauf aus Verdampfung und Kondensation zum Transport von Wärme.

Das Gegenteil der Kondensation ist das Verdampfen, Sieden oder Verdunsten. Den Übergang von festen Stoffen auf den gasförmigen Zustand nennt man Sublimation, sein Gegenteil Resublimation. Im physikalischen Sprachgebrauch wird der Begriff Kondensation allgemeiner verwendet, siehe z. B. Kondensierte Materie oder Bose-Einstein-Kondensat.

Thermodynamische Grundlagen

Je nach der Art des Nukleations­prozesses lassen sich zwei grundlegende Typen der Kondensation unterscheiden. Bedingung ist in jedem Fall, dass die Gasphase bezüglich des kondensierenden Bestandteils übersättigt ist. Vereinigen sich einzelne Gasteilchen bei ihrem Zusammentreffen innerhalb des Gases, so spricht man von einer homogenen Kondensation. Dazu ist es notwendig, dass sich ausreichend langsame Teilchen ohne Beteiligung von Grenzflächen zu größeren Strukturen zusammenfinden. Dieser Prozess ist nur bei einer hohen Übersättigung von in der Regel mehreren hundert Prozent möglich. Im Gegensatz dazu benötigt man bei der heterogenen Kondensation nur sehr geringe Übersättigungen von oft sogar unter einem Prozent. Diese Form der Kondensation erfolgt an bereits existierenden Oberflächen, also im Regelfall an in der Gasphase schwebenden festen Partikeln, den Kondensationskernen bzw. Aerosol­teilchen. Diese fungieren in Bezug auf das jeweilige Gas als eine Art Teilchenfänger, wobei im Wesentlichen der Radius und die chemischen Eigenschaften des Partikels bestimmen, wie gut die Gasteilchen an ihm haften bleiben. Analog gilt dies auch für Oberflächen nicht partikulärer Körper, wobei man dann von einem Beschlag spricht.

Kondensationsprozesse der Atmosphäre

Der Kondensation kommt im Falle des Wassers der Erdatmosphäre zusammen mit der Verdunstung eine gesonderte Bedeutung zu, da der Phasenübergang zwischen Wasserdampf und flüssigem Wasser ein grundlegender Prozess des natürlichen Wasserkreislaufs sowie des Wetters überhaupt ist. Auf makrophysikalischer Ebene sind hier allein schon die Umsatzmengen enorm, da das atmosphärische Wasser mit rund 13·10¹⁵ kg eine mittlere Verweildauer von nur rund 10 Tagen besitzt, also auch innerhalb dieses Zeitraums im Wesentlichen über die Kondensation umgesetzt wird. Dabei ist die Kondensation der Grundprozess jeder Bildung von flüssigem Niederschlag aus Wasserdampf sowie der Nebel- und Wolken­bildung. Über die freiwerdende Kondensationsenthalpie (früher auch latente Wärme genannt) wird dabei auch der Wärmehaushalt der Erde entscheidend mitgeprägt.

Auf mikrophysikalischer Ebene sind die Kondensationsprozesse jedoch wie gezeigt sehr komplex und entziehen sich der exakten Vorhersagbarkeit. Dabei kommt es in der Atmosphäre praktisch ausschließlich zur heterogenen Nukleation, also in diesem Fall der Bildung von Wassertröpfchen aus der Luft heraus. Die hierfür notwendige Übersättigung der Luft muss nach den jeweils herrschenden Bedingungen unterschiedlich stark sein, um eine Kondensation hervorzurufen. Sie kann einerseits durch eine Erhöhung der absoluten Luftfeuchtigkeit im Zuge der Verdunstung bzw. Sublimation und andererseits durch eine Reduktion der Lufttemperatur erreicht werden. Dabei dominiert die Abkühlung, speziell die adiabatische, also eine Verminderung der maximalen Feuchte, die die Luft imstande ist aufzunehmen. Ist der Durchmesser der Aerosolteilchen über grob 1 μm groß, so reichen schon oft Übersättigungen von wenigen Zehntel Prozent aus. Weiterhin ist es bedeutend, ob die Oberfläche der Partikel hydrophile oder hydrophobe Eigenschaften aufweist, die die Anlagerung von Wasserdampfteilchen erleichtern bzw. erschweren. Ebenso bedeutsam ist selbstverständlich die Konzentration der Aerosolteilchen in der Gasphase.

Die meteorologische und klimatologische Aerosolforschung muss also eine ganze Palette von Einflussfaktoren berücksichtigen, wobei zusätzlich zu den schon betrachteten noch andere Faktoren wie das räumliche und zeitliche Auftreten der Aerosolpartikel hinzu kommen. All diese Faktoren müssen dabei miteinander in Bezug gesetzt werden, um zu einem richtigen Verständnis von Prozessen der Niederschlags- und Wolkenbildung zu kommen, die wiederum Einfluss auf den Wasser- und Strahlungshaushalt haben. Dies ist zwar auf qualitativer Ebene recht gut möglich, der quantitative Einfluss dieser Parameter vor allem auf globaler Ebene ist jedoch schwer zu ermitteln und bildet einen Unsicherheitsfaktor in allen Klimamodellen.

Technische Anwendungen

Literatur

• Frank Frössel: Schimmelpilze in Wohnungen. Baulino Verlag, Waldshut-Tiengen 2006, ISBN 3-938537-18-3.
• Werner Riedel, Heribert Oberhaus, Frank Frössel, Wolfgang Haegele: Wärmedämm-Verbundsysteme. 2. Auflage. Baulino 2008, ISBN 978-3-938537-01-5.

Weblinks

Commons: Kondensation  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Stefanie Lorenz, Hilke Stümpel: Lernmodul "Kondensation und Feuchtemaße". Wasser in der Atmosphäre. In: WEBGEO basics / Klimatologie. Institut für Physische Geographie (IPG) der Universität Freiburg, 1. Oktober 2001, abgerufen am 14. Dezember 2010. 

Einzelnachweise

1. 1 2 VDI 2264:2001-07 Inbetriebnahme, Betrieb und Instandhaltung von Abscheideanlagen zur Abtrennung gasförmiger und partikelförmiger Stoffe aus Gasströmen (Commissioning, operation and maintenance of separator systems for the removal of gaseous and particulate substances from gas streams). Beuth Verlag, Berlin, S. 58.
2. ↑ Götz-Gerald Börger, Uwe Listner, Martin Schulle: Abluftreinigung auf der ACHEMA '94. In: Staub – Reinhalt. Luft. 54, Nr. 12, 1994, ISSN 0949-8036, S. 471–474.