Aggregatszustand Aggregation: Anordnung von Teilchen in einem Gegenstand. von lat. aggregare anhäufen, zusammensetzen Teilchenmodell: Aufbau der Materie aus kleinen Kügelchen - Kugelform: keine Vorzugsrichtung, keine Wechselwirkung - „klein“: keine räumliche Ausdehnung (punktförmig) 3 Grundprinzipien der Teilchenanordnung: fest, flüssig, gasförmig Phasenübergänge

„fest“ Im Festkörper ist die räumliche Beziehung zwischen den Teilchen fixiert. Anordnung „regelmäßig“: Kristall z.B. würfelförmig, rhombisch, tetraedrisch (dichtest mögliche Packung) charakteristische Größe: Gitterkonstante Abb.: Modell eines festen Körpers (vgl. Feuerlein, S.151) Anordnung „unstrukturiert“: amorph Phasenübergänge

„flüssig“ In Flüssigkeiten liegen die Teilchen dicht an dicht, sind aber gegeneinander beweglich - Flüssigkeiten sind inkompressibel Flüssigkeiten nehmen jede vorgegebene Form an Abb.: Teilchenbewegung in einer Flüssigkeit (vgl. Feuerlein, S.151) Phasenübergänge

„gasförmig“ Im idealen Gas sind die Teilchen frei gegeneinander beweglich. Sie haben nur durch Stöße Kontakt miteinander, wobei sie bei Stößen Energie austauschen können. Zwischen den Stößen bewegen sie sich gleichförmig: v ist ein Maß für die Wärme des Gases λ, die mittlere freie Weglänge, ein Maß für den Druck im Gas. Abb.: Teilchenbewegung in einem Gas (vgl. Feuerlein, S.151) Phasenübergänge

Sonderformen „Supraflüssigkeit“: „Plasma“: Flüssigkeit hat keine innere Reibung zwischen den Teilchen. (z.B. 4He bei Temperaturen < 2.16 K) Supraflüssigkeit dringt durch engste Zwischenräume. „Plasma“: gasförmiges Gemisch von geladenen und ungeladenen Teilchen (freien Elektronen, Ionen, Molekülen) elektrisch leitendes Gas Phasenübergänge

Bindungsformen Wechselwirkung zwischen den Teilchen in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern: „van der Waals“ Bindung: fluktuierende Elektronenhülle erzeugt elektr. Dipole zwischen zwei Gasatomen oder Flüssigkeitsmolekülen. kovalente Bindung: Gitteratome mit nicht aufgefüllten Elektronenschalen teilen sich die Valenzelektronen; z.B. Kohlenstoff im Diamant ionische Bindung: Elektrostatische Anziehung zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen; z.B. Salze Na+Cl- Phasenübergänge

Phasenübergänge gasförmig sublimieren sieden,verdampfen kondensieren resublimieren fest flüssig erstarren schmelzen Phasenübergänge

Übergangswärme  Phasenübergang oder Aggregatszustandsänderung Die Beweglichkeit der Teilchen nimmt innerhalb eines Aggregats- zustandes kontinuierlich zu. Wird ein materialtypischer Grenzwert erreicht, so fällt der stärker gebundene Zustand zu Gunsten eines weniger gebundenen Zustands auseinander:  Phasenübergang oder Aggregatszustandsänderung Die für die Änderung der Bindungsform notwendige Energie nennt man Übergangswärme. „Übergangswärme“ und „Übergangstemperatur“ sind materialcharakteristische Größen Phasenübergänge

Übergangswärme Diagrammeichung: 1 g Wassereis wird von -80°C T/°C 200 100 Wasser Eis + Wasser Wasser + Dampf Dampf Eis -80 168s 335s 420s 2260s 184s Diagrammeichung: 1 g Wassereis wird von -80°C bei einer Energiezufuhr von 1 J/s erhitzt. Phasenübergänge

Diagrammauswertung      Horizontale Linie: Phasenübergang -80 100 200 T/°C Eis Eis + Wasser Wasser Wasser + Dampf Dampf 500 1000 t / s 1500 2000 2500 3000      Horizontale Linie: Phasenübergang trotz Energiezufuhr kein Temperaturanstieg, weil die Energie zum Aufbrechen der Bindungen benötigt wird Länge der Horizontalen: Maß für die spezifische Phasenübergangs- Energie Phasenübergänge