Kräfte zwischen den Molekülen Warum existiert Materie in verschiedenen Aggregatzuständen – als Festkörper (93.1), als Flüssigkeit (93.3) und als Gas (93.4)? Wie können wir uns den Aufbau der Materie vereinfacht vorstellen? Folgende Modellvorstellung hat sich bewährt: Atome und Moleküle haben eine Größe im Bereich von Nanometern (91.2). Wenn der gegenseitige Abstand der Teilchen etwa ihrer Größe entspricht, ziehen sie einander an. Einer stärkeren Annäherung wirken die Elektronenhüllen entgegen. Es besteht ein Gleichgewicht zwischen Anziehung und Abstoßung, die Teilchen bilden einen festen Körper oder eine Flüssigkeit. Im gasförmigen Zustand können sich die Teilchen fast ungestört bewegen, ihr gegenseitiger Abstand ist groß und nur bei Zusammenstößen wirkt die gegenseitige Abstoßung. Die Teilchen verhalten sich wie elastische Kugeln. Der Unterschied zeigt sich deutlich in der Dichte. Während beispielsweise flüssiges Wasser die Dichte 1 000 kg/m3 hat, ist die Dichte von Wasserdampf etwa tausendfach kleiner. Einfachste Modellvorstellung der Materie Materie besteht aus kleinen harten Kugeln, ihr gegenseitiger Abstand bestimmt den Aggregatzustand. Ihre Größe liegt im Bereich von Nanometern. In Festkörpern schwingen die Teilchen um feste mittlere Positionen (93.2). Bei Erwärmung werden die Schwingungen stärker. Am Schmelzpunkt beginnen die Teilchen ihre festen Plätze zu verlassen, die regelmäßige Anordnung wird zerstört, der feste Körper schmilzt und wird flüssig. Flüssigkeiten sind kaum zusammendrückbar, können sich aber jeder Gefäßform anpassen. Daher folgert man, dass ihre Teilchen weniger stark als im Festkörper aneinander gebunden sind und gegeneinander verschiebbar sind. Die thermische Bewegung der Teilchen ist weniger eingeschränkt als in einem festen Körper, sie können sich in alle Richtungen innerhalb der Flüssigkeit bewegen. Wegen der gegenseitigen Anziehung der Teilchen besitzen Flüssigkeiten Oberflächen. Besonders schnelle Moleküle können die Flüssigkeit verlassen und befinden sich als Dampf über der Flüssigkeit. In Gasen sind die Molekülabstände so groß, dass anziehende Kräfte zwischen den Molekülen in der Regel keine Rolle spielen. Daher füllen Gase jedes verfügbare Volumen vollständig aus. Sie haben eine geringe Dichte und lassen sich zusammendrücken. Entweder durch hohen Druck oder durch Abkühlung werden Gase flüssig: sie kondensieren. Beim Übergang in den flüssigen Zustand kommen die Moleküle einander nahe und die anziehenden Kräfte zwischen ihnen werden wichtig. Untersuche, überlege, forsche: Dichte von Flüssigkeiten und Gasen 93.1 Stickstoff ist unterhalb von −196 °C bei einem Druck von 1 013 mbar flüssig. Die Dichte von flüssigem Stickstoff beträgt 810 kg/m3. Im gasförmigen Zustand bei 0 °C und 1 013 mbar ist die Dichte 1,25 kg/m3. Stickstoff besteht aus zweiatomigen Molekülen (N2), die Masse von 1 mol Stickstoff beträgt 28 Gramm. W4 a) Berechne den mittleren Abstand der N 2-Stickstoffmoleküle im flüssigen und im gasförmigen Zustand. W4 b) Bestimme die Anzahl der Moleküle, die jeweils im Volumen von 1 Liter enthalten sind. 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. 93.1 Wasser im festen Aggregatzustand 93.2 Federmodell von einem Stück Festkörper 93.3 Wasser im flüssigen Aggregatzustand 93.4 Wasserdampf ist Wasser im gasförmigen Zustand und unsichtbar. Luft enthält immer Wasserdampf. Wolken enthalten Wassertröpfchen und Eiskristalle und werden dadurch sichtbar. 93 Thermodynamik 1 Atome lieben Wärme Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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