Materie Formen der Materie (basierend auf mikroskopischen Eigenschaften)
Im Alltag begegnen wir häufig drei verschiedenen Aggregatzuständen: Feststoffen (z. B. Gestein, Eisen usw. ) , Flüssigkeiten (Wasser, Benzin usw. ) und Gasen (Luft usw. ) . Diese drei Aggregatzustände lassen sich anhand ihrer Fähigkeit unterscheiden, Form und Größe (wobei mit Größe das Volumen gemeint ist).
Feststoffe behalten normalerweise ihre Form und ihr Volumen. Flüssigkeiten hingegen behalten ihre Form nicht bei, sondern passen sie dem Behälter an, in dem sie sich befinden. Füllt man beispielsweise Wasser in ein Glas, nimmt es die Form des Glases an. Füllt man Wasser in eine Badewanne, nimmt es die Form der Badewanne an. Füllt man es in eine undichte Plastiktüte, läuft das Wasser aus… hihi … Das Volumen einer Flüssigkeit bleibt normalerweise konstant. Stellt man ein Glas Wasser in eine Badewanne , bleibt das Volumen des Wassers im Glas gleich. Die Form des Wassers kann sich ändern, aber sein Volumen bleibt immer gleich. Wichtig ist, dass sich das Volumen von Feststoffen und Flüssigkeiten nur dann ändern kann, wenn eine sehr große Kraft auf sie einwirkt.
Und wie verhält es sich mit Gas? Gase haben keine feste Form oder ein festes Volumen. Ihre Form und ihr Volumen passen sich stets der Form und dem Volumen des Behälters an, in dem sie sich befinden. Füllt man beispielsweise Benzin in einen Autoreifen, verändert sich die Form des Gases, genau wie der Reifen. Dasselbe gilt für sein Volumen. Im Reifen verteilt sich das Gas und füllt den gesamten Reifen aus . In diesem Fall ändert sich das Volumen des Gases, genau wie das Volumen des Reifens. Bläst man einen Ballon auf (füllt man ihn mit Luft), verändern sich Form und Volumen der Luft, genau wie Form und Volumen des Ballons.
Bisher haben wir die drei Aggregatzustände nur anhand ihrer makroskopischen Eigenschaften (makroskopische Eigenschaften = Form und Größe des Stoffes) unterschieden. Dies basiert natürlich auf den Ergebnissen unserer alltäglichen Messungen und Beobachtungen. Wir werden nun die Unterschiede zwischen den drei Aggregatzuständen anhand ihrer mikroskopischen Eigenschaften betrachten. Jeder Stoff besteht aus Atomen oder Molekülen. Wenn wir sagen, dass ein Stein fest ist, wissen wir nicht, was mit den Atomen oder Molekülen im Inneren des Steins geschieht, die ihn fest machen. Dasselbe gilt für Wasser oder Luft. Was genau an den Atomen oder Molekülen, aus denen Wasser besteht, macht die flüssige Form von Wasser und Luft unsichtbar?
Materieformen basierend auf mikroskopischen Eigenschaften
Bevor wir die Unterschiede zwischen Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen anhand ihrer mikroskopischen Eigenschaften besprechen, betrachten wir zunächst Folgendes : Nehmen wir einen Gegenstand, zum Beispiel einen Stein. Wenn wir einen Stein genauer betrachten, sehen wir, dass alle Teile fest miteinander verbunden sind. Selbst wenn man ihn tritt oder wirft, verändern sich seine Form und Größe nicht (es sei denn, es wirkt eine sehr große Kraft auf ihn ein). Normalerweise bleiben alle Teile des Steins immer eine Einheit. Warum ist das so? Denken wir einen Moment darüber nach…
DIch im Stein Es gibt Atome oder Moleküle. Versuchen Sie sich Folgendes vorzustellen… Stellen Sie sich einen Stein vor. Stellen Sie sich vor, der Stein besteht aus winzigen Teilen. Teilen Sie die Steinteile in immer kleinere Teile… bis sie die Größe von Atomen oder Molekülen erreichen. Stellen Sie sich Atome als winzige Kugeln vor. Moleküle hingegen… terdiri dari mehrere zusammenklebende Bälle.
Gesteine enthalten also viele sehr kleine Moleküle oder Atome. Können Sie sich die Atome in Gesteinen vorstellen?
Der Durchmesser eines einzelnen Atoms beträgt etwa 10⁻¹⁰ m. Stellt man sich ein Atom als Kugel vor, so hat diese Kugel einen Durchmesser von 10⁻¹⁰ Metern . Sie ist so klein, dass man sie mit bloßem Auge nicht sehen kann … man kann sie sich nur vorstellen. Moleküle bestehen aus aneinanderhaftenden Atomen und sind daher größer als einzelne Atome. Aber auch Moleküle sind mit bloßem Auge nicht sichtbar …
Es ist schon seltsam, nicht wahr, dass diese winzigen Atome oder Moleküle eine Einheit bilden können... Wenn die Atome oder Moleküle keine Einheit bilden würden, würden die einzelnen Teile des Gesteins natürlich nicht zusammenhalten. Tatsächlich halten die einzelnen Teile aber zusammen, sodass das Gestein seine feste Form annimmt. Warum trennen sich die Atome oder Moleküle nicht?
Atome und Moleküle ziehen sich natürlich gegenseitig an. Würden sie sich nicht anziehen, wären sie natürlich überall verstreut. Jedes Atom oder Molekül würde sich von seinen Nachbarn trennen. So würden die Gesteinsfragmente überall verstreut sein. Die Fragmente würden sich so weit verteilen, dass wir sie schließlich nicht mehr sehen könnten. Auch Gesteinsfragmente bestehen aus Atomen und Molekülen. Atome sind sehr klein, daher wären sie, wenn sie getrennt würden, natürlich nicht sichtbar. Doch die Realität sieht anders aus.
Der Stein wirkt massiv, die einzelnen Steinstücke haften fest aneinander. Daraus können wir schließen, dass sich die Atome oder Moleküle, aus denen ein fester Körper besteht, gegenseitig anziehen müssen.
Die Anziehungskraft zwischen Atomen oder Molekülen ist eine elektromagnetische Kraft. Durch diese Anziehungskraft nähern sich Atome oder Moleküle einander an. Kurz vor einer Kollision stoßen sich die Elektronen an der Oberfläche der Atome oder Moleküle ab (elektrische Abstoßung). Diese Abstoßung bewirkt eine Rückwärtsbewegung der Atome oder Moleküle. Trotz dieser Rückwärtsbewegung nähern sie sich aufgrund der Anziehungskraft wieder einander an. Und so weiter… Die Atome oder Moleküle bewegen sich hin und her (vibrieren) und halten dabei einen Mindestabstand ein.
Der Unterschied zwischen Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen, der auf mikroskopischen Eigenschaften beruht, liegt eigentlich in der Stärke oder Schwäche der Anziehungskräfte zwischen den Atomen oder Molekülen, aus denen diese drei Stoffe bestehen.
Solide
In Festkörpern sind die Anziehungskräfte zwischen den Atomen oder Molekülen so stark, dass die Atome oder Moleküle, aus denen der Festkörper besteht, immer an festen Positionen verharren. Atome oder Moleküle in Festkörpern bewegen sich zwar hin und her (vibrieren), aber sie vibrieren immer an derselben Position.
Die starke Anziehungskraft zwischen den Atomen oder Molekülen, aus denen ein Festkörper besteht, ist der Grund dafür, dass Form und Volumen eines Festkörpers immer gleich bleiben. Obwohl geworfen oder getroffenDie Form eines Steins oder eines Stücks Eisen lässt sich nur schwer verändern, da die Anziehungskräfte zwischen den Atomen oder Molekülen sehr stark sind. Legt man einen Stein oder ein Stück Eisen in einen Eimer oder eine Badewanne, ändert sich sein Volumen nicht. Die starken Anziehungskräfte zwischen den Atomen oder Molekülen, aus denen ein Festkörper besteht, halten ihn also zusammen und verleihen ihm sein festes Aussehen.
Im Allgemeinen entsprechen die Positionen der Atome oder Moleküle, aus denen ein Festkörper besteht, annähernd der Abbildung (auch Kristallgitter genannt). Diese Abbildung ist vergrößert. Atome oder Moleküle sind sehr klein.
Flüssig
In Flüssigkeiten sind die Anziehungskräfte zwischen Atomen oder Molekülen schwächer, sodass sie sich frei bewegen und überlappen können. Die Atome oder Moleküle einer Flüssigkeit können sich zwar beliebig bewegen, aber sie können sich nicht voneinander trennen. Die starken Anziehungskräfte verhindern weiterhin, dass sie entweichen und sich zerstreuen.
Deshalb kann sich die Form einer Flüssigkeit ändern, ihr Volumen bleibt aber konstant. Füllt man Wasser in ein Glas, sind die Anziehungskräfte zwischen den Atomen oder Molekülen schwächer, sodass sich das Wasser der Form des Glases anpasst. Füllt man Wasser in eine Badewanne, ermöglichen die schwächeren Anziehungskräfte zwischen den Atomen oder Molekülen dem Wasser, sich der Form der Badewanne anzupassen. VDas Volumen einer Flüssigkeit bleibt immer konstant, weil die Anziehungskräfte zwischen den Atomen oder Molekülen diese weiterhin zusammenhalten können. Bleibt zusammen!Ein Glas Wasser, wenn man es hineingibtkWenn man Wasser in eine Badewanne gießt, bleibt das Volumen des Wassers dasselbe wie in einem Glas. Die Atome oder Moleküle, aus denen Wasser besteht, verteilen sich nicht, daher bleibt das Volumen immer gleich.
Die Position der Atome oder Moleküle, aus denen die Flüssigkeit besteht, ist in der Abbildung dargestellt (der Pfeil zeigt die Bewegungsrichtung an ).
Gasförmige Stoffe
In gasförmigen Stoffen sind die Anziehungskräfte zwischen den Atomen oder Molekülen so schwach, dass diese keine Einheit bilden können. Sie bewegen sich frei, da keine Bindungen zwischen ihnen bestehen. Diese sehr schwachen Anziehungskräfte bewirken, dass die Atome oder Moleküle des Gases überall verstreut sind. Die Atome eines Gases sind freier als die Atome eines Feststoffs oder einer Flüssigkeit.
Die Position der Atome oder Moleküle, aus denen ein gasförmiger Stoff besteht, ist ungefähr wie folgt: pada Bild.
Die extrem schwache Anziehungskraft ist der Grund dafür, dass sich Form und Volumen von Gasen verändern können und Luft mit bloßem Auge nicht sichtbar ist. Atome und Moleküle sind so klein, dass wir sie nicht sehen können, wenn sie weit verstreut sind. Sandkörner hingegen sind viel größer als Atome oder Moleküle, sodass man sie, obwohl sie verstreut sind, mit bloßem Auge erkennen kann, wenn auch mit etwas Mühe.
Feststoffe und Flüssigkeiten sind sichtbar, weil ihre Bestandteile – Atome oder Moleküle – nicht voneinander getrennt sind. In Feststoffen und Gasen wirken starke Anziehungskräfte, die die Atome oder Moleküle zusammenhalten. In Gasen sind diese Anziehungskräfte so schwach, dass sie die Atome oder Moleküle nicht zusammenhalten können. Diese geringe Anziehungskraft ist auch der Grund dafür, dass Gase und Flüssigkeiten fließen können.
