Big Bang 3, Schulbuch

39 20.1 Phasen und Phasendiagramme Eine Decke für drei Leute Wieso ziehen elekt- risch neutrale Mole- küle einander an? Sehen wir uns eine der Möglichkeiten am Beispiel des Wassermoleküls an. Das Sauerstoffatom zieht die gemeinsa- me Elektronenhülle etwas stärker zu sich. Es ist so ähn- lich, als würden sich drei Leute um eine Decke streiten , und einer bekommt den Löwenanteil. Da- durch wird das Sauerstoffende ein wenig negativer und das Wasserstoff­ ende ein wenig positiver ( B 20.5 ). Nun schlägt die elek­ trische Anziehungs­ kraft zwischen den Wassermolekülen zu ( B 20.6 ). Diese Verbindungen sind als Wasserstoff­ brücken bekannt. Der zweite Puzzlestein, um Phasenübergänge wie Schmelzen und Kochen zu verstehen, ist die Wärmebe­ wegung . Je heißer, desto stärker die Bewegung der Teilchen ( A3 ; Kap. 16.2 , S. 7 ). Und nun setzen wir beide Steine zusammen. Zwischen Molekülen und Atomen herrschen einerseits elektrische Kräfte, andererseits wuseln sie auf Grund ihrer Temperatur herum. Je wärmer, desto mehr Gewusel. Ein Wassermolekül ist neutral, aber die Ladungen sind nicht gleichmäßig verteilt. B 20.5 Die leicht unregel­ mäßige Ladungsver­ teilung in den Wasser­ molekülen führt zur elektrischen Anziehung. B 20.6 a) Im Eis sind die Bindungen zwischen den Molekülen sehr stark. b) Im Wasser sind die Brückenbildungen flüchtig und die Moleküle wechseln ihre Nachbarn. c) Im Wasserdampf gibt es gar keine Bindungen mehr. B 20.7 Unter 0 °C sind Wassermoleküle durch die elektrischen Kräfte so fest miteinander verbunden, dass man sie nicht verschieben kann ( B 20.7 a ) – Eis eben. Bei Er- wärmung beginnen die Moleküle heftiger zu zittern, und bei 0 °C wird die Bewegung so heftig, dass die fixen Bindungen aufbrechen . Das Eis wird zu Wasser ( B 20.7 b ). Die Teilchenbewegungen sind nun so stark, dass die Moleküle nur kurze Zeit aneinander haften und dauernd ihre Nachbarn wechseln. Wenn du auf 100 °C erwärmst, beginnt Wasser zu sieden . Die Teil- chen haben nun so viel Wärmeenergie, dass sie die elektrischen Kräfte komplett überwinden können und verduften ( B 20.7 c ). Die beschriebenen Zusammen- hänge gelten für alle Stoffe, allerdings sind die Tem- peraturen bei den Phasenübergängen unterschiedlich. Wann etwas kocht oder schmilzt, hängt aber nicht nur von der Temperatur ab, sondern auch vom Druck (sie- he Tab. 20.2 , S. 43 ). Zum Beispiel kocht Wasser nur bei Normaldruck und auf Meereshöhe bei exakt 100 °C ( A5 ). Bei Sauwetter kann Wasser am Salzburger Fes- tungsberg ( B 20.9 ) zum Beispiel schon bei 98 °C ko- chen, weil Schlechtwetter und Höhe den Druck vermin- dern. Auch die Schmelztempera­ tur ist etwas druckabhängig. Am besten kann man das in einem so genannten Phasendiagramm sehen ( B 20.8 ). Ob ein Stoff fest, flüssig oder gasförmig ist, hängt von den elektrischen Kräften zwischen den Molekülen und der Temperatur , also der Teilchenbewegung, ab. Weiters spielt der Druck eine Rolle. Das sieht man in einem Phasendiagramm sehr schön. Links das Phasendiagramm von Wasser: Die Linie zwischen fest und flüssig läuft nach links oben. Das ist ungewöhnlich. Rechts: Phasendiagramm eines „gewöhnlichen“ Stoffes, etwa CO 2 : Am so genannten Tripelpunkt können alle Phasen gleichzeitig vorkommen (siehe auch Tab. 16.1, S. 9 ). B 20.8 B 20.9 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des V rlags öbv