Grundlagen der Materie und Energie

Materie

Alles, was wir sehen und anfassen können, ist Materie. Es gibt auch materielle Dinge, die wir nicht sehen können, wie zum Beispiel Luft. Wir stellen fest, dass Materie einen gewissen Teil des Raumes einnimmt, den wir Volumen nennen. Im Falle der Luft ist dies nicht offensichtlich, aber das folgende Experiment wird uns helfen, dies zu beweisen.

Grundlegende Eigenschaften

• Masse: Die Masse ist der Koeffizient der Trägheit eines Körpers, d. h. der Widerstand des Körpers gegen Änderungen seines Zustands der Bewegung oder Ruhe.
• Gewicht: Das Gewicht ist das Maß der Gravitationskraft, die auf ein Objekt wirkt.

Aggregatzustände

Festkörper

Sie haben eine konstante Form und ein konstantes Volumen. Dies liegt daran, dass die Partikel durch sehr starke Anziehungskräfte fast an festen Positionen gehalten werden.

Flüssigkeiten

Flüssigkeiten haben wie Feststoffe ein konstantes Volumen. In Flüssigkeiten sind die Teilchen durch schwächere Anziehungskräfte verbunden als in Festkörpern, weshalb sie sich frei bewegen können. Die Anzahl der Teilchen pro Volumen ist sehr hoch, daher sind Stöße und Reibung zwischen ihnen sehr häufig.

Gasförmiger Zustand

Gase haben, wie Flüssigkeiten, keine feste Form, aber im Gegensatz zu diesen ist auch das Volumen nicht festgelegt. Gase werden ebenfalls als Fluide bezeichnet. In Gasen sind die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen sehr gering und die Anzahl der Teilchen pro Volumen ist sehr klein.

Weitere Eigenschaften

• Mischbarkeit: Die Fähigkeit eines Stoffes, sich in einem anderen aufzulösen. Es handelt sich um qualitative Daten. Man unterscheidet zwischen "mischbar" und "nicht mischbar".
• Viskosität: Die Eigenschaft einer Flüssigkeit, ihrem Fließen zu widersprechen, wenn eine Kraft einwirkt. Hochviskose Flüssigkeiten haben einen hohen Widerstand beim Fließen, niedrigviskose Flüssigkeiten fließen leicht.

Reinstoffe und Mischungen

Reinstoff

Ein Stoff, der nicht durch mechanische Mittel in andere Stoffe getrennt werden kann.

• Element: Ein Stoff, der mit keinen Mitteln, weder physikalisch noch chemisch, in einfachere Substanzen zerlegt werden kann.
• Verbindung: Eine Substanz, die aus der Verbindung von zwei oder mehr Elementen des Periodensystems in einem festen Verhältnis besteht. Ein wesentliches Merkmal ist die chemische Formel.

Mischung

Entsteht durch die Vereinigung unterschiedlicher Mengen von Stoffen, die chemisch nicht kombiniert werden.

• Heterogene Mischung: Die Komponenten sind mit bloßem Auge unterscheidbar, da mehr als eine physikalische Phase vorliegt.
• Homogene Mischung: Die Komponenten sind mit bloßem Auge nicht identifizierbar, da nur eine einzige physikalische Phase vorliegt.
• Lösung: Entsteht aus einer Mischung von zwei oder mehr reinen Stoffen, deren Vereinigung keine chemische Reaktion, sondern nur eine physikalische Veränderung bewirkt. Ein Stoff (Gelöster Stoff) löst sich in einem anderen (Lösungsmittel) unter Bildung einer einzigen Phase.

Energie

Energie ist eine Eigenschaft, die Objekten und Stoffen innewohnt und sich in den Veränderungen zeigt, die in der Natur vorkommen.

Energieformen

• Potentielle Energie: Eine skalare Energie, die sich auf ein Kraftfeld bezieht (oder auf einen Elastizitäts-Spannungstensor).
• Kinetische Energie: Die Energie, die bei Bewegungsphänomenen entsteht.

Energieumwandlung

• Exotherm: Ein chemischer oder physikalischer Prozess, der unter Freisetzung von Energie abläuft (z. B. Verbrennung, die Licht und Wärme freisetzt).
• Endotherm: Ein chemischer oder physikalischer Prozess, der eine Zufuhr von Energie in Form von Wärme erfordert.
• Exergonisch: Ein Prozess, bei dem Energie frei wird.
• Endergonisch: Chemische Prozesse, die eine Energiezufuhr benötigen, um ablaufen zu können.