Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

Der Holländer J OHANNES VAN DER W AALS (1837–1923, Nobelpreis 1910) entdeckte eine weitere Art von Kräften, die bis hundertmal schwächer als die oben genannten Kräfte sind. Die sog. Van-der-Waals-Kräfte wirken zwischen allen Teilchen , zwi- schen elektrisch neutralen Molekülen wie auch zwischen Edelgasatomen. Auch die van-der-Waals-Kräfte sind elektrische Kräfte. In den Elektronenhüllen der Atome und Moleküle bilden sich durch den Einfluss benachbarter Teilchen un- gleichmäßige Verteilungen von elektrischen Ladungen. Dadurch kommt es zur elektrischen Anziehung zwischen elektronenarmen (positiv geladenen) und elek- tronenreichen (negativ geladenen) Regionen von benachbarten Molekülen ( 80.1 ). Die Van-der-Waals-Kräfte haben in der Natur zahlreiche wichtige Auswirkungen: Sie halten z. B. Papierfasern zusammen, bestimmen die komplizierten geometri- schen Formen der Riesen-Moleküle DNA oder RNA, die für die Lebensvorgänge von Bedeutung sind, und ermöglichen den Geckos, dank feinster Härchen an den Zehen kopfüber sogar über Glasscheiben zu laufen. Die besonderen Eigenschaften des Wassers beruhen auf diesen Kräften (s. S. 84). Untersuche, überlege, forsche: Gecko-Effekt 80.1 S 2 Informiere dich im Internet über den Gecko-Effekt Kohäsion, Adhäsion und Kapillarität Wirken die Molekularkräfte zwischen gleichartigen Molekülen eines Stoffes, so spricht man von Kohäsionskräften , sie halten den Körper zusammen. Wirken sie zwischen den Molekülen verschiedener Stoffe, so bezeichnet man sie als Adhä- sionskräfte – sie lassen die Oberflächen verschiedener Stoffe aneinander haften. Das Zusammenspiel von Adhäsion und Kohäsion kann man z. B. an der Grenzfläche von Wasser und Glas beobachten. Die Molekularkräfte zwischen Glas und Wasser sind größer als die Kräfte zwischen den Wassermolekülen. Das Wasser „benetzt“ die Glaswand, die Wasseroberfläche krümmt sich ( 80.3 ). In einem engen Röhr- chen – einer Kapillare – steigt Wasser durch den Unterschied der Kräfte auf, und zwar umso höher, je enger das Röhrchen ist. In der Natur spielt die Kapillarität beim Flüssigkeitstransport in Pflanzen und in Lebewesen eine wichtige Rolle. Im Alltag nützt man die Kapillarität bei Dochten in Kerzen und Öllampen, bei Schwämmen, Mikrofasertüchern, Windeln, bei der Luft- befeuchtung und vielem mehr. Auf Adhäsion beruht z. B. die Wirkung von Klebe- bändern. Die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten wird durch die Kohäsion verursacht. Sie tritt an der Grenze zwischen Flüssigkeiten und Gasen auf. Sie kommt dadurch zustande, dass die Moleküle an der Oberfläche der Flüssigkeit einseitig von den Molekülen im Inneren der Flüssigkeit angezogen werden, während die Moleküle im Inneren der Flüssigkeit allseitig von Nachbarmolekülen angezogen werden. Die Oberflächenspannung bewirkt beispielsweise, dass Flüssigkeiten Tropfen bil- den, Seifenblasen zusammenhalten und kleine Insekten, wie Wasserläufer, von der Wasseroberfläche getragen werden. Experiment: Untersuchen einer Flüssigkeit 80.1 Du brauchst: PET-Flaschen (dicht verschließbar), Wasser, Nadel (um Löcher in PET- Flaschen zu bohren). Untersuche die Fragen: E 2 a) Kann man Wasser zusammendrücken? E 2 b) Wie überträgt sich der Druck in einer Flüssigkeit? Die anziehenden Kräfte zwischen den Teilchen eines Stoffes und die thermische Bewegung wirken einander entgegen. Das Verhältnis dieser beiden Einflüsse bestimmt, ob ein Stoff fest, flüssig oder gasförmig ist. 80.1 Ungleichmäßige Ladungsverteilungen in den Atomhüllen verursachen elektrische Anziehungskräfte. 80.2 Zwischen den beiden Steinplatten befin- det sich ein Ölfilm. Kohäsion im Ölfilm und Adhäsion zwischen Steinplatten und Ölfilm verhindern, dass Luft zwischen die Platten ein- dringt. Durch Ziehen kann man die Platten nur schwer trennen. 80.3 Wasser in einem Glaskeil: Die Kraft zwischen Wasser und Glaswand (Adhäsion) ist stärker als die Kraft in der Flüssigkeit (Kohäsion). 80.4 Moleküle an der Oberfläche werden von den Nachbarn festgehalten. Die Kräfte auf Moleküle innerhalb der Flüssigkeit heben ein- ander auf. 80 WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentu des Verlags öbv