Teilchenmodell
Das Teilchenmodell ist das einfachste Modell für den Aufbau von Materie. Demnach sind ausgedehnte Körper zusammengesetzt aus vielen kleinen Teilchen, ihre Anzahl ist bei makroskopischen Körpern in der Größenordnung des Mols ($ \approx 10^{23} $ Stück). Mit Hilfe des Teilchenmodells kann man zum Beispiel beschreiben, wie thermische Energie von einem Stoff auf einen anderen übertragen wird (Wärmeleitung), wie man sich die Struktur fester, flüssiger und gasförmiger Stoffe vereinfacht vorstellt (Aggregatzustand), was Veränderungen von Temperatur oder Druck auf mikroskopischer Ebene bedeuten.
Allgemeines
Das Teilchenmodell besagt: Alle Stoffe sind aus sehr kleinen Grundbausteinen, den sogenannten Teilchen, zusammengesetzt. Die Teilchen reiner Stoffe sind alle identisch zueinander. Sie unterscheiden sich aber von den Teilchen anderer Stoffe, zum Beispiel in ihrer Größe oder ihrer Masse.
Im Teilchenmodell wird über die Form und den inneren Aufbau der Teilchen keine Aussage gemacht. Oft werden die Teilchen vereinfacht als harte Kugeln dargestellt. Im Sprachgebrauch der Chemie und Physik sind mit den Teilchen sind häufig Moleküle gemeint, oft Verbindungen von Ionen oder Atome. Werden die Teilchen verändert, wird auch der Stoff mit seinen Eigenschaften verändert.
Erklärungen mit Hilfe des Teilchenmodells
Folgende Beobachtungen lassen sich mit dem Teilchenmodell erklären:
- Die Aggregatzustände: Je nachdem, wie der Abstand der Teilchen und deren Geschwindigkeit in einem Stoff ist, handelt es sich dabei um einen festen, flüssigen oder gasförmigen Stoff.
- Die Temperatur: Die Teilchen sind ständig in Bewegung; je höher die Temperatur eines Stoffes ist, desto schneller bewegen sich seine Teilchen. Durch die Bewegung der Teilchen wird, zum Beispiel auf der Haut beim Anfassen, aufgrund der Übertragung kinetischer Energie zwischen den Teilchen der Haut und denen des berührten Gegenstands, das Wärmegefühl erzeugt.
- Die Brownsche Molekularbewegung: Ein Staubkörnchen auf einer Wasseroberfläche bewegt sich unter dem Mikroskop scheinbar von alleine hin und her, weil die Teilchen des Wassers aufgrund ihrer eigenen Bewegung das Staubkörnchen anstoßen.
- Die Diffusion: Ein Gas oder gelöster Stoff verteilt sich von selbst in einem anderen Gas (oder im Vakuum) bzw. einer Flüssigkeit. Dies geschieht aufgrund der Eigenbewegung der Teilchen.
- Der Druck: Die kleinsten Teilchen stoßen in einem eingeschlossenen Volumen gegen die Wände und erzeugen dadurch eine Kraft nach außen.
- Die Wärmeübertragung, insbesondere Wärmeleitung: Wird ein „Ende“ eines Gegenstandes erhitzt und geraten dadurch dort befindliche Teilchen in Bewegung, so stoßen sie die benachbarten Teilchen des Gegenstandes an und geben so die Wärme (schnellere Bewegung der Teilchen) weiter.
- Der absolute Nullpunkt: Beim Abkühlen wird die Bewegung der Teilchen immer langsamer. Bei −273,15 °C (benannt nach Lord Kelvin) sind die Teilchen nicht mehr in Bewegung, deshalb kann sich der Stoff nicht weiter abkühlen.
- Die Komprimierbarkeit der Gase: Übt man auf Gas, das in einem geschlossenen Behälter ist, Druck aus, so wird das Volumen verringert. Das ist möglich, weil der große Abstand zwischen den Teilchen verringert wird. Durch besonders hohen Druck können die meisten Gase sogar verflüssigt werden. Bei Flüssigkeiten und Feststoffen kann das Volumen fast gar nicht verringert werden, weil die Teilchen nahe beieinander sind.
Das Teilchenmodell selbst ist viel zu unspezifisch, um genaue Vorhersagen zu treffen. Für die aufgezählten Phänomene gibt es neben der Erklärung mit dem Teilchenmodell so genannte Naturgesetze, mit denen man weiterführende, auch quantitative Beschreibungen findet.
Die Anziehung der Teilchen
Die Stoffeilchen ziehen sich untereinander an. Die Anziehungskräfte werden als Kohäsionskräfte bezeichnet.
Die Temperatur beeinflußt die Eigenbewegung der TeilchenBewegung. Bei höherer Temperatur bewegen sich die Teilchen schneller und daher können die Anziehungskräfte nicht so gut wirken. Der Aggregatzustand richtet sich nach dem Verhältnis von Kohäsionskraft und Bewegungsenergie der Teilchen.
Nach dem Teilchenmodell sind Kohäsionskräfte einfach nur Anziehungskräfte zwischen Teilchen. Tatsächlich handelt es sich dabei um verschiedenste Kräfte, durch die Moleküle bzw. Atome aneinander haften. Neben den Van-der-Waals-Kräften sind das unter anderem Ionenbindung, Metallbindung und Wasserstoffbrückenbindung.