Stoffe (1)

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Stoffe bestehen aus Teilchen

Das Stoffteilchenmodell
genauer betrachtet

Demokrit und Dalton

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Das Stoffteilchenmodell erklärt physikalische Eigenschaften

am .

Bewegung von Stofftteilchen

Das Stoffteilchenmodell erklärt vor allem die Aggregatzustände und deren Übergänge, also Zustandsänderungen, keine chemischen Umwandlungen (chemische Reaktionen).

Achtung: Die Darstellung der Stoffteilchen als kugeflförmige einzelne Teilchen ist eine starke Vereinfachung. So bestehen z.B. Sauerstoffteilchen eigentlich aus zwei miteinander gebundenden Sauerstoff-Atomen. Siehe bitte auch die Erklärungen auf der vorigen Seite!

agg animation

merke-klein

Die Temperatur eines Stoffes und die Größe der Bewegungsenergie seiner Stoffteilchen stehen in einem Zusammenhang.

Bei einer theoretischen Temperatur von -273,15 °C (= 0 Kelvin) bewegen sich Stoffteilchen überhaupt nicht.

Mit zunehmender Temperatur nehmen Stoffteilchen immer mehr Wärmeenergie auf und wandeln sie in Bewegungsenergie um.

 

Stellen wir uns einen Stoff vor, der bei Raumtemperatur einen festen Aggregatzustand besitzt. Die Stoffteilchen haben bei Raumtemperatur so viel Bewegungsenergie aufgenommen, dass sie sich gegenseitig anstoßen. Da sie sich aber gegenseitig sehr stark anziehen, können sie ihre festen Plätze nicht verlassen. Man könnte sagen: Sie "zittern" bzw. „zappeln“ an ihrem Platz herum. Das machen dann alle Stoffteilchen mehr oder weniger gleich stark. Die Stoffteilchen bleiben aber auf ihren festen Plätzen. Feststoffe behalten ihre Form.

Erhitzt man diesen Feststoff, so „zappeln“ die Stoffteilchen immer heftiger. Dabei stoßen sie sich immer heftiger an. Das führt dazu, dass sich die Stoffteilchen etwas weiter voneinander entfernen. Die Stoffteilchen brauchen bei ihrem „Zappeln“ mehr Platz. So dehnen sich die meisten Feststoffe beim Erhitzen aus. Dies ist übrigens auch bei Flüssigkeiten und Gasen der Fall.

Wenn man einen Feststoff immer weiter erhitzt, dann schmilzt er irgendwann. Es sei denn, er zersetzt sich vorher. Aber von diesem Fall wollen wir an dieser Stelle nicht ausgehen. Beim Schmelzvorgang „zappeln“ einige Stoffteilchen so heftig, dass sie sich nicht mehr so gut „festhalten“ können, so dass sie sich verschieben oder aneinander vorbeigleiten. Schließlich „zappeln“ alle Stoffteilchen so stark, dass sich keines mehr richtig „festhalten“ kann: Der Stoff ist in den flüssigen Aggregatzustand übergegangen. Flüssigkeiten passen sich der Form des Behälters an, Flüssigkeiten kann man gießen.

gas-geschwindigkeitWird die Flüssigkeit weiter erhitzt, so bewegen sich immer mehr Stoffteilchen so heftig, dass sie sich gar nicht mehr gegenseitig festhalten können: Immer mehr Stoffteilchen verlassen den Stoffteilchenverband und damit die flüssige Phase. Sie gehen in den gasförmigen Zustand über. Dort bewegen sie sich mit großer Geschwindigkeit, treffen auf andere Stoffteilchen, übertragen hierbei Energie und bewegen sich, wie Billardkugeln die zusammengestoßen sind, in einer anderen Richtung weiter. Die Stoffteilchen bewegen sich also ungeordnet in alle Richtungen. Die Stoffteilchen im gasförmigen Zustand bewegen sich auch nicht alle gleich schnell. Einige sind etwas schneller, einige etwas langsamer (das soll durch die Länge der Pfeile in der Abbildung verdeutlicht werden).

Man muss sich vorstellen, dass um uns herum unvorstellbar viele, extrem winzige Stoffteilchen mit enormer Geschwindigkeit fliegen, die nach extrem kurzer Strecke aufeinanderprallen und natürlich auch auf uns prallen. Dieser Umstand erklärt die Umgebungstemperatur, da die Stoffteilchen beim Zusammenprall ein Teil ihrer Bewegungsenergie an uns oder andere Gegenstände abgeben. 

Beim Abkühlen eines Gases sinkt die mittlere Geschwindigkeit der Stoffteilchen. Sind die Stoffteilchen langsam genug, so können sie sich gegenseitig anziehen. Bei -195,8 °C haben Stickstoff-Moleküle eine mittlere Geschwindigkeit von rund 870 km/h. Diese Geschwindigkeit reicht aus, dass die Stickstoff-Moleküle sich gegenseitig „festhalten“ können: Stickstoff liegt dann im flüssigen Aggregatzustand vor.

 

  • Die Temperatur bei der eine Flüssigkeit fest wird oder ein Feststoff flüssig wird, heißt Schmelzpunkt bzw. Erstarrungspunkt (früher auch: Schmelztemperatur bzw. Erstarrungstemperatur).
  • Die Temperatur bei der eine Flüssigkeit gasförmig wird, heißt Siedepunkt (früher auch: Siedetemperatur).
  • Die Temperatur bei der ein Feststoff gasförmig wird ohne vorher flüssig zu werden, wird Sublimationspunkt (früher Sublimationstemperatur) genannt.

 

Schmelz- und Siedepunkte sind typische Eigenschaften von Reinstoffen.

merke-kleinReines Wasser siedet immer bei 100°C (bei Normaldruck)! Für jeden Stoff gibt es eine exakte Siede- bzw. Schmelztemperatur, die man messen kann. Bei unbekannten Stoffen kann man auf diese Weise herausbekommen, um welchen Stoff es sich handelt, wenn man entsprechende Tabellen hat.

Eine sehr gute Animation zu den Aggregatzuständen zeigt www.chemie-interaktiv.net

 

 

Beliebte Denkfehler - Aggregatzustände

am .

Schülerzitat:

"Dadurch erfordert es weniger Wärmeenergie diese Moleküle in eine Geschwindigkeit zu versetzen, die es ihnen erlaubt gasförmig zu werden."

Es gibt keine gasförmigen Moleküle! Sie können aber in einen gasförmigen Aggregatzustand übergehen, bei dem die Abstände zueinander sehr groß sind und daher die Anziehungskräfte nicht wirken können.

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Didaktisches Forum zu diesem Thema
Die Aggregatzustände
und deren Übergänge

 

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Das Stoffteilchenodell erklärt vor allem die Eigenschaften von Stoffzuständen

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