Kinetische Gastheorie und Aggregatzustände

Kinetische Theorie für Gase

Der ausgeübte Gasdruck ist abhängig vom Volumen des Behältnisses, das das Gas enthält, sowie von der Temperatur, in der es sich befindet. Die kinetische Theorie erklärt alle Zustände der Materie: fest, flüssig und gasförmig.

Gaspartikel zeichnen sich dadurch aus, dass sie sehr klein sind, voneinander getrennt vorliegen und sich ständig in Bewegung befinden. Gase nehmen das gesamte Volumen des Behälters ein, der sie enthält. Gase üben Druck auf die Gefäßwände aus, die sie enthalten; dieser Druck ist auf die Stöße der Gasteilchen gegen die Wände zurückzuführen. Je schneller die Bewegung der Gaspartikel ist, desto höher ist die Temperatur.

Das Boyle-Mariotte-Gesetz

Wenn ein Gas Veränderungen bei konstanter Temperatur erfährt, bleibt das Produkt aus Druck und Volumen konstant: p × V = p1 × V1 = p2 × V2.

Die kinetische Theorie erklärt das Boyle-Mariotte-Gesetz wie folgt: Da die Temperatur konstant gehalten wird, bewegen sich die Teilchen laut kinetischer Theorie während des gesamten Prozesses mit der gleichen Geschwindigkeit. Bei einer Reduzierung des Volumens erhöht sich der Druck. Wenn sich hingegen das Volumen vergrößert, treffen die Teilchen bei gleicher Geschwindigkeit seltener auf die Behälterwände, wodurch der vom Gas ausgeübte Druck niedriger wird.

Theorie für Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe

Nach der kinetischen Theorie besteht Materie aus Teilchen, die sich je nach Aggregatzustand mehr oder weniger nah beieinander befinden. Die Teilchen bewegen sich je nach Zustand mehr oder weniger frei. Je schneller sie sich bewegen, desto höher ist die Temperatur des Stoffes.

Zustandsänderungen der Materie

Veränderungen des Zustandes sind Beispiele für physikalische Phänomene, da sie die Natur der Materie nicht verändern, sondern nur den Zustand, in dem sie sich präsentiert.

• Fest zu Flüssig: Schmelzen (Fusion)
• Flüssig zu Gas: Verdampfung
• Gas zu Flüssig: Kondensation oder Verflüssigung
• Flüssig zu Fest: Erstarren oder Verfestigung
• Fest zu Gas: Sublimation
• Gas zu Fest: Resublimation (Reverse-Sublimation)

Als Schmelztemperatur bezeichnet man die Temperatur, bei der der Übergang vom festen in den flüssigen Zustand in der gesamten Masse des Körpers erfolgt. Als Siedetemperatur bezeichnet man die Temperatur, bei der die Änderung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand in der gesamten Masse der Flüssigkeit auftritt.

Zustandsänderungen unter bestimmten Bedingungen

Die Temperatur, bei welcher ein Stoff seinen Zustand ändert, hängt von den Umgebungsbedingungen ab. Bei einer Erhöhung des externen Drucks steigt beispielsweise der Siedepunkt.

Unterschied zwischen Verdunstung und Sieden

• Verdunstung: Die Änderung des Zustandes von flüssig zu gasförmig tritt nur an der Oberfläche der Flüssigkeit auf.
• Sieden: Die Änderung des Zustandes von flüssig zu gasförmig erfolgt innerhalb der gesamten Flüssigkeitsmenge.

Zusammenfassung der physikalischen Grundlagen

1. Die Gase und die kinetische Theorie: Gase füllen das gesamte Volumen des Behälters aus, der sie enthält. Gase üben Druck auf die Gefäßwände aus. Je schneller sich die Teilchen bewegen, desto höher ist die Gastemperatur.
2. Die Gasgesetze:
   • Boyle-Mariotte-Gesetz: Wenn ein Gas Veränderungen bei konstanter Temperatur erfährt.
   • Gay-Lussac-Gesetz: Wenn ein Gas Veränderungen bei konstantem Volumen erfährt.
   • Charles-Gesetz: Wenn ein Gas Veränderungen bei konstantem Druck erfährt.
3. Andere Stoffe und die kinetische Theorie:
   • Feststoffe: Konstante Form, konstantes Volumen, nicht ausdehnbar, nicht komprimierbar.
   • Flüssigkeiten: Variable Form, konstantes Volumen, kaum ausdehnbar, nicht komprimierbar.
   • Gase: Variable Form, variables Volumen, stark ausdehnbar, komprimierbar.