Kinetische Gastheorie, Atommodelle und Chemische Reaktionen

Kinetische Gastheorie

Die kinetische Gastheorie besagt, dass Gase aus sehr kleinen Teilchen bestehen, die voneinander getrennt sind und sich ständig bewegen. Sie stoßen mit den Wänden des Behälters zusammen, der sie enthält, und üben so einen Druck auf die Wände aus. Der größte Teil der Gasteilchen bewegt sich umso schneller, je höher die Temperatur ist.

Im Gegensatz dazu behalten Feststoffe ihre Form und ihr Volumen. Ihre Teilchen sind fest angeordnet und bilden eine starre Struktur. Feststoffe lassen sich kaum komprimieren oder ausdehnen, da ihre Teilchen dicht gepackt sind und eine hohe Dichte besitzen.

Flüssigkeiten haben kein festes Volumen, nehmen aber das Volumen ihres Behälters an. Ihre Teilchen liegen dichter beieinander als bei Gasen, sind aber beweglich. Sie lassen sich nur schwer komprimieren.

Bei Gasen sind die Teilchen sehr weit voneinander entfernt. Deshalb lassen sie sich leicht komprimieren und besitzen weder eine feste Form noch ein festes Volumen.

Das Atommodell nach Thomson

Thomson stellte sich das Atom als eine positiv geladene Masse vor, in der die negativ geladenen Elektronen wie Rosinen in einem Kuchen verteilt sind. Die Ladungen gleichen sich aus, sodass das Atom nach außen neutral ist.

Das Experiment von Rutherford

Bei seinem Experiment mit einer Goldfolie stellte Rutherford fest, dass die meisten Teilchen die Folie ungehindert durchdrangen. Nur ein kleiner Teil wurde stark abgelenkt, etwa 1 von 10.000 Teilchen prallte sogar zurück. Daraus schloss er, dass das Atom einen sehr kleinen, positiv geladenen Atomkern besitzt, in dem fast die gesamte Masse konzentriert ist, und dass die Elektronen den Kern umkreisen.

Aufbau des Atoms

Die Atomzahl Z gibt die Anzahl der Protonen im Kern an. Die Massenzahl A ist die Summe aus Protonen und Neutronen. Isotope desselben Elements haben die gleiche Protonenzahl Z, unterscheiden sich aber in ihrer Neutronenzahl und damit in ihrer Masse A.

Bioelemente

Der Großteil lebender Organismen (etwa 99 %) besteht aus den Bioelementen C, H, O, N, P, Ca, Mg, K, Na, Cl und S. Hinzu kommen Spurenelemente wie Sn, F, I, Mn, Fe, Cu, Zn und Co, die für das Leben unverzichtbar sind.

Funktionen wichtiger Elemente

Calcium (Ca) ist für den Aufbau von Knochen und Zähnen wichtig. Es wird zudem für die Blutgerinnung benötigt, und die Produktion von Vitamin D unterstützt die Calciumaufnahme. Ein Mangel führt zu Rachitis.

Phosphor (P) ist Bestandteil der Knochen sowie der Zellmembranen und der Nukleinsäuren. Außerdem spielt er eine zentrale Rolle beim Energiestoffwechsel der Zelle.

Magnesium (Mg) aktiviert zahlreiche Enzyme. Ein Mangel führt zu allgemeiner Schwäche. Es reguliert die Funktion der Muskeln und Nerven.

Eisen (Fe) ist Bestandteil des Hämoglobins, das den Sauerstoff im Blut transportiert. Ein Mangel führt zu Anämie und erhöht die Anfälligkeit für Infektionen.

Zink (Zn) unterstützt das Immunsystem und die Zellteilung. Es erleichtert die Wundheilung.

Mangan (Mn) ist an der Bildung von Knochen und am Energiestoffwechsel beteiligt und unterstützt die Haut.

Moleküle und Kristalle

Atome können sich zu Molekülen verbinden. Ein Molekül ist die kleinste Einheit eines Stoffes, die dessen chemische Eigenschaften bewahrt. Ein Stoff besteht aus einer Vielzahl von Molekülen.

Kristalle sind Feststoffe, deren Atome, Ionen oder Moleküle in einer perfekt geordneten, sich in alle drei Raumrichtungen erstreckenden Struktur angeordnet sind.

Chemische Reaktionen

Nach der Stoßtheorie finden chemische Reaktionen statt, wenn Moleküle zusammenstoßen und dabei reaktionsfähig sind. Die Atome werden neu angeordnet, sodass neue Moleküle entstehen. Dabei wird oft Energie in Form von Wärme freigesetzt, es handelt sich dann um exotherme Reaktionen.

Säuren und Basen

Säuren schmecken sauer und setzen Wasserstoffionen (H⁺) frei. Einige Metalle lösen sich in Säuren auf, und Marmor reagiert unter Freisetzung von Kohlenstoffdioxid (CO₂). Reagiert eine Säure mit einer Base, verschwinden ihre typischen Eigenschaften.

Basen schmecken bitter und fühlen sich seifig an. Sie reagieren mit Säuren, wobei sich ihre Eigenschaften gegenseitig aufheben.