Die Aggregatzustände Gasförmig, flüssig, fest

Inhalt Die drei Aggregatzustände: Gasförmig Flüssig Fest Phasenübergänge Die Anregungsenergie zum Umbau der Atome liefert die Temperaturbewegung

Wechselwirkungskräfte zwischen den Bausteinen der Materie Beschreibung Beispiel Van der Waals Bindung Isotrope, kurzreichweitige schwache Bindungskraft zwischen allen Atomen Reale Gase, Bindung in Kristallen der Edelgase Coulomb Kraft Isotrope, langreichweitige Wechselwirkung zwischen Ladungen, im Atom zwischen Kern und Elektronen, im Kristall zwischen Ionen, (z. B. NaCl Kristall) Kern und Elektronen NaCl-Kristall Kovalente Bindung Gerichtete Bindung durch gemeinsame Elektronen Si-Kristall, organische Moleküle Metall Bindung Isotrope Bindung der Metallatome mit freien Elektronen im „Elektronengas“ Alle metallischen Leiter

Gase Gase dehnen sich beliebig weit aus Die Kräfte beim Impulsübertrag der Stöße durch die Temperaturbewegung sind größer als die Kräfte der van der Waalschen Anziehung zwischen den Teilchen

Flüssigkeiten Sehr kleine Kräfte genügen zur Änderung der Form einer Flüssigkeit

Arbeit bei Vergrößerung der Oberfläche Aber: Die Vergrößerung der Oberfläche erfordert Energie: die Kraft ist die „Oberflächenspannung“

Festkörper Jede Änderung der atomaren Anordnung erfordert hohe Kräfte Bei Rückgang der verformenden Kraft kehren die Atome in ihre Ausgangslage zurück: Elastisches Verhalten Gilt in Grenzen

Festkörper und Flüssigkeiten Die atomaren Baugruppen liegen in beiden Aggregatzuständen auf Kontakt – deshalb sind beide praktisch inkompressibel Aber: Flüssigkeiten sind gegen Scherung bzw. Torsion instabil Fest Flüssig

Arbeit bei Vergrößerung einer Flüssigkeits- oberfläche Aber: Die Vergrößerung der Oberfläche erfordert Energie: die Kraft ist die „Oberflächenspannung“

Aggregatzustände und Eigenschaften Gas Flüssigkeit Festkörper Dichte* ~0,001 g/cm3 ~ 1g/cm3 Ist zur Verdichtung Kraft erforderlich? Wenig** Viel Viel bei jeder Art der Verformung („Elastische Verformung“) Ist zur Ausdehnung Kraft erforderlich? Keine Wenig zur Oberflächen-vergrößerung Ist zur Scherung Kraft erforderlich? Wenig („Viskoses Fließen“) ** Verdichtung auf 99% des Volumens beginnend bei *Normaldruck und 20°C

Phasenübergänge Als „Phasenübergänge“ bezeichnet man den Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Aggregatzuständen Umbau der Struktur eines Festkörpers oder von Molekülgruppen Die Anregungsenergie zum Umbau der Atome liefert die Temperaturbewegung

Pb5 Al3 F19 600 K

Pb5 Al3 F19 300 K

Pb5 Al3 F19 100 K

Pb5 Al3 F19 600 K

Es gibt Materie in drei Aggregatzuständen: Gasförmig Zusammenfassung Es gibt Materie in drei Aggregatzuständen: Gasförmig Dichte bei Normalbedingungen ca. 1/1000 der von Flüssigkeiten oder Festkörper „Grenzenlose“ Ausdehnung ohne Zufuhr von Energie Bei Normalbedingung genügt wenig Kraft genügt zur (mäßigen) Volumenverkleinerung Flüssig Dichte etwa wie im Festkörper Kraft zur Volumenverkleinerung („Kompression“) ist hoch, etwa wie im Festkörper Vergrößerung der Oberfläche mit Zufuhr von Arbeit („Oberflächenspannung“) Fest: jede Formveränderung erfordert hohe Kräfte: Stabil gegen Scherung, Kompression, Dehnung Phasenübergänge Umbau der atomaren Anordnung Die Energie dazu liefert die Temperaturbewegung Weitere Aggregat Zustände unter extremen Bedingungen Plasma (Nach Energiezufuhr in Form von Temperatur, Strahlung oder elektromagnetischen Feldern ionisiertes Gas) Bose-Einstein Kondensate (Temperatur unter 100 μK)

finis Gas Fest Flüssig