Grundlagen der Physik und Chemie: Wichtige Begriffe

Physik

Physikalische Eigenschaft

Alle Eigenschaften, die Körper haben.

Wissenschaftliche Methode

Die Schritte der wissenschaftlichen Methode sind:

• Beobachtung
• Hypothesenformulierung
• Erprobung (Experimente)
• Kommunikation und Extraktion von Schlussfolgerungen aus Ergebnissen

Physik

Studiert jene Veränderungen in Materialien und Körpern, die Stoffe nicht in andere neue umwandeln.

Chemie

Chemie

Studiert die Umwandlungen, die Stoffe erfahren können, ihre Struktur, Zusammensetzung und Eigenschaften.

Messfehler

Absoluter Fehler

Der Unterschied in absoluten Zahlen zwischen dem ungefähren Wert, der bei der Messung gewonnen wurde, und dem wahren oder genauen Messwert.

Relativer Fehler

Verhältnis des absoluten Fehlers zum wahren Wert oder genauen Messwert.

Elektrizität

Elektrifizierung

Phänomen, bei dem Körper elektrische Ladung erhalten.

Coulomb-Gesetz

Die Intensität der Anziehungs- oder Abstoßungskraft zwischen zwei Punktladungen ist direkt proportional zum Produkt der Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands ihrer Trennung.

Elektrischer Strom

Festgelegte Bewegung elektrischer Ladungen durch einen Leiter.

Elektrischer Generator

Jede Einrichtung, die in der Lage ist, eine Form von Energie in elektrische Energie umzuwandeln.

Elektromotorische Kraft (EMK)

Die Energie pro Ladungseinheit, die ein Generator liefert.

Elektrische oder elektrostatische Kräfte

Sind anziehende oder abstoßende Kräfte, die zwischen elektrisch geladenen Körpern auftreten.

Kraftwerk

Installation, in der Energie in irgendeiner Form in elektrische Energie umgewandelt wird, im großen Maßstab für Verteilung und Verbrauch.

Elektrischer Empfänger

Jedes Gerät, das elektrische Energie in andere Energieformen umwandelt.

Aggregatzustände

Feststoff

Starr, schwer zu komprimieren, konstantes Volumen und hohe Dichte. Wandeln sich nicht leicht in andere Feststoffe um.

Eigenschaften auf Teilchenebene:

• Anziehungskräfte sind sehr intensiv.
• Partikel sind sehr nah beieinander.
• Besetzen feste Positionen.
• Die Partikel haben nur Schwingungsbewegung um ihre Gleichgewichtsposition.

Flüssigkeit

Sind nicht starr, nicht leicht zu komprimieren, konstantes Volumen, variable Form, hohe Dichte, leicht mit anderen Flüssigkeiten mischbar.

Eigenschaften auf Teilchenebene:

• Anziehungskräfte sind intensiv.
• Partikel sind sehr nah beieinander.
• Besetzen keine festen Positionen.
• Die Partikel haben Freiheit, sich zu bewegen, sind voneinander getrennt.

Gas

Variables Volumen und Form, geringe Dichte, leicht mit anderen Gasen mischbar.

Eigenschaften auf Teilchenebene:

• Anziehungskräfte sind vernachlässigbar.
• Partikel sind weit voneinander entfernt.
• Ungeordnet.
• Die Partikel bewegen sich frei, kollidieren elastisch.

Kinetisch-molekulares Modell

Basiert auf der Annahme, dass Materie diskontinuierlich ist, Partikel in Bewegung sind, der Zusammenhalt durch Kräfte aufrechterhalten wird.

Gesetz von Boyle

Bei konstanter Temperatur nimmt der Druck eines Gases ab, wenn das Volumen zunimmt.

Gesetz von Charles

Bei konstantem Druck nimmt das Volumen eines Gases zu, wenn die Temperatur erhöht wird.

Zustandsübergänge

Übergänge zwischen Aggregatzuständen:

• Schmelzen (Feststoff zu Flüssigkeit)
• Erstarren (Flüssigkeit zu Feststoff)
• Verdampfen (Flüssigkeit zu Gas)
• Kondensieren (Gas zu Flüssigkeit)
• Sublimieren (Feststoff zu Gas)
• Resublimieren (Gas zu Feststoff)

Materie

Heterogene Materie

Materie, bei der verschiedene Teile unterschieden werden können, ihre Eigenschaften variieren. Kann durch physikalische Prozesse in einfachere Substanzen getrennt werden.

Homogene Materie

Materie, bei der verschiedene Teile nicht unterschieden werden können, ihre Eigenschaften sind überall gleich.

Homogene Mischung

Homogene Materie mit variabler Zusammensetzung.

Reine Substanz

Homogene Materie mit fester Zusammensetzung.

Verbindung

Reine Substanz, die durch chemische Methoden in einfachere Substanzen zerlegt werden kann.

Element

Reine Substanz, die nicht in einfachere Substanzen zerlegt werden kann.

Trennung von Mischungen

• Homogene Mischungen: Destillation und Kristallisation.
• Heterogene Mischungen: Filtration und Dekantieren.

Gelöster Stoff

Ein Stoff, der sich löst und die Komponente ist, die in geringerer Menge vorhanden ist.

Lösungsmittel

Der Stoff, der den gelösten Stoff löst und die Komponente ist, die in größerer Menge vorhanden ist.

Gesättigte Lösung

Eine Lösung, die bei einer bestimmten Temperatur die maximale Menge an gelöstem Stoff enthält, die sie aufnehmen kann.

Löslichkeit eines Stoffes

Bei einer bestimmten Temperatur die maximale Menge eines Stoffes, die sich in einer festen Menge eines Lösungsmittels lösen kann.

Atomaufbau

Daltons Atomtheorie

Materie besteht aus kleinen, stabilen, getrennten und unteilbaren Partikeln, Atomen. Ein Stoff, der nur Atome eines Elements enthält, ist ein Element; ein Stoff, der Atome verschiedener Elemente enthält, ist eine Verbindung.

Bestandteile des Atoms

• Kern: Enthält Protonen (+) und Neutronen (neutral).
• Hülle: Enthält Elektronen (-) in verschiedenen Energieniveaus und Atomorbitalen verteilt.

Ordnungszahl Z

Die Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms eines Elements (steht unten).

Massenzahl A

Die Summe der Protonen und Neutronen im Kern eines Atoms. Sie ist die Anzahl der Nukleonen (steht oben).

Isotope

Atomare Formen desselben Elements, die sich in der Massenzahl unterscheiden (unterschiedliche Anzahl von Neutronen).

Atomare Masseneinheit (u)

Eine Einheit zur Angabe der Masse von Atomen und Molekülen. Sie ist definiert als 1/12 der Masse eines Atoms des Kohlenstoff-Isotops ¹²C.

Radioaktivität

Natürliche Radioaktivität

Spontaner Prozess, bei dem instabile Atomkerne Strahlung aussenden und sich in andere Kerne umwandeln. Die Strahlung kann Alpha-, Beta- und Gammastrahlung sein.

Künstliche Radioaktivität

Tritt auf, wenn einige stabile Isotope mit verschiedenen Partikeln beschossen werden und dadurch radioaktiv werden.

Struktur der Materie

Moleküle

Sind aus 2 oder mehr Atomen desselben oder verschiedener Elemente aufgebaut.

Kristallgitter

Sind aus einer unbestimmten Anzahl elementarer Teilchen aufgebaut, die geordnet eine Struktur bilden.

Chemische Bindung

Bindung, die elementare Teilchen in einem Stoff zusammenhält. Es gibt 3 Typen:

• Ionische Bindung
• Kovalente Bindung
• Metallische Bindung

Ionische Bindung

Bindung, die durch starke elektrostatische Anziehungskräfte zwischen Ionen unterschiedlicher Ladung entsteht.

Kovalente Bindung

Bindung zwischen 2 oder mehr Atomen, die Elektronen teilen.

Metallische Bindung

Bindung, die zwischen Metallatomen entsteht, die ein Kristallgitter bilden und Elektronen teilen (Elektronengas).