Grundlagen der Materie: Atome, Elemente und Zustandsänderungen

Grundlagen der Materie: Atome, Elemente und Verbindungen

Aufbau der Materie

Materie besteht aus Atomen und leerem Raum (Vakuum).

Moleküle und Kristalle sind Verbindungen von gleichen oder verschiedenen Atomen, die immer in einem festen Zahlenverhältnis oder Anteil vorliegen.

Chemische Elemente sind Stoffe, die aus gleichen Atomen bestehen.

Verbindungen sind Stoffe, die aus verschiedenen Atomen, Molekülen oder Kristallen gebildet werden.

Vorkommen von Elementen in der Natur

• Atomar: Atome liegen isoliert und weit voneinander entfernt vor (z. B. Edelgase).
• Molekular: Dies sind autonome Partikel, die aus gleichen Atomen (in der Regel zwei oder drei) gebildet werden (z. B. O₂, N₂).
• Kristallin: Kristallelemente bestehen aus einer unendlichen Anzahl gleicher Atome, die eng zusammen und perfekt geordnet sind (z. B. Metalle).

Vorkommen von Verbindungen in der Natur

• Molekular: Besteht aus unabhängigen Teilchen, die aus einer festen Anzahl verschiedener Atome bestehen (z. B. H₂O, CO₂).
• Kristallin: Sie sind Cluster einer unbestimmten Anzahl verschiedener Atome in einem konstanten und geordneten Verhältnis (z. B. Salze).

Die Teilchentheorie der Materie

Materie besteht aus Teilchen.

• Zwischen den Teilchen wirken auf kurzen Distanzen Kräfte: Anziehungskräfte (wenn sie getrennt sind) und Abstoßungskräfte (wenn sie sich sehr nahe kommen).
• Teilchen befinden sich in einem Zustand ständiger Bewegung.
• Zwischen den Teilchen befindet sich Vakuum (leerer Raum).

Temperatur und Zustandsänderungen

Definition der Temperatur

Die Temperatur der Materie ist eine Eigenschaft, die den durchschnittlichen Energiegehalt der Partikel widerspiegelt.

Wichtige Zustandsänderungen

• Schmelzen (Fusion): Wenn ein Stück Eis erwärmt wird, erhöhen die Wassermoleküle ihre Schwingung und ihr Volumen.
• Verdampfung: Teilchen an der Oberfläche der Flüssigkeit, die ausreichend Energie besitzen, können die Kohäsionskräfte überwinden und als Gas entweichen.
• Sieden: Wenn die Temperatur ausreichend ansteigt, erhalten Teilchen in der gesamten Flüssigkeitsmasse genug Energie, um die Kohäsionskräfte zu überwinden. Sie entweichen und bilden Gasblasen, die aufgrund ihrer geringeren Dichte schnell aufsteigen.

Spezifische Zustandsänderungstemperaturen

Wasser schmilzt bei 0 °C und siedet bei 100 °C.

Benennung der Zustandsänderungen

Übergänge mit Energiezufuhr (Endotherm)

• Fest zu Flüssig: Schmelzen (Fusion)
• Flüssig zu Gas: Verdampfung (Vaporisation)
• Fest zu Gas: Sublimation

Übergänge mit Energieabgabe (Exotherm)

• Gas zu Flüssig: Kondensation
• Flüssig zu Fest: Erstarren / Verfestigen
• Gas zu Fest: Resublimation