Die Zustandsformen der Materie: Gase, Flüssigkeiten & Festkörper

Die Gasgesetze

Konstante Temperatur: Boyles Gesetz

Wenn die Temperatur konstant bleibt, führt eine Erhöhung des Drucks auf ein Gas zu einer Verringerung des von ihm eingenommenen Volumens. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Gaspartikel auf engerem Raum häufiger mit den Wänden des Behälters kollidieren.

Konstanter Druck: Charles' Gesetz

Wenn der Druck auf ein Gas konstant ist, führt ein Temperaturanstieg zu einer Erhöhung des von ihm eingenommenen Volumens. Dies liegt daran, dass die Teilchen bei höherer Temperatur eine höhere kinetische Energie besitzen und sich daher schneller bewegen, was zu häufigeren und stärkeren Kollisionen führt.

Konstantes Volumen: Gay-Lussacs Gesetz

Wenn das von einem Gas eingenommene Volumen konstant bleibt, bewirkt eine Erhöhung der Temperatur eine Erhöhung des Drucks des Gases. Dies liegt daran, dass eine Erhöhung der Temperatur die kinetische Energie der Partikel erhöht, was zu einer Zunahme der Anzahl und Intensität der Kollisionen mit den Behälterwänden führt.

Phasenübergang: Flüssigkeit zu Gas

Teilchen können von der Oberfläche einer Flüssigkeit entweichen (Verdampfung), oder die gesamte Masse kann betroffen sein (Sieden). Die Siedetemperatur hängt vom atmosphärischen Druck ab. Bei geringerem Druck ist es für die Flüssigkeitspartikel leichter, in die Gasphase überzugehen.

Die Zustandsformen im Detail

Der flüssige Zustand

Im flüssigen Zustand ist die kinetische Energie der Teilchen ausreichend, um ihnen Schwingungs-, Rotations- und sogar Translationsbewegungen zu ermöglichen, jedoch nicht genug, um sich vollständig voneinander zu trennen, wie es im gasförmigen Zustand der Fall ist. Eine Flüssigkeit hat keine bestimmte Form, aber ein konstantes Volumen. Bei steigender Temperatur erhöht sich die kinetische Energie der Partikel, wodurch sie sich leichter voneinander trennen und das Volumen zunimmt. Wenn ihre Energie groß genug ist, um die Anziehungskräfte zu überwinden, können Partikel aus der Flüssigkeit entweichen.

Der feste Zustand

Die innere Ordnung in Festkörpern kann sich in ihrer äußeren Form widerspiegeln. Stoffe mit einer internen kristallinen Struktur, die von flachen Flächen begrenzt wird und Polyeder bildet, werden als kristalline Feststoffe bezeichnet. Es gibt jedoch auch kristalline Feststoffe, die äußerlich keine polyedrische Form aufweisen. Stoffe wie Glas und Kunststoffe werden als amorphe Festkörper bezeichnet, da sie weder eine kristalline Struktur noch eine bestimmte äußere Form besitzen. Amorphe Festkörper, insbesondere Glas, werden manchmal auch als unterkühlte Flüssigkeiten betrachtet.