die aggregatzustände gasförmig, flüssig, fest. inhalt die drei aggregatzustände: –gasförmig...
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Die AggregatzuständeGasförmig, flüssig, fest
Inhalt
• Die drei Aggregatzustände: – Gasförmig– Flüssig– Fest
• Phasenübergänge– Die Anregungsenergie zum Umbau der Atome
liefert die Temperaturbewegung
Wechselwirkungskräfte zwischen den Bausteinen der Materie
Kräfte Beschreibung Beispiel
Van der Waals Bindung
Isotrope, kurzreichweitige schwache Bindungskraft zwischen allen Atomen
Reale Gase, Bindung in Kristallen der Edelgase
Coulomb Kraft
Isotrope, langreichweitige Wechselwirkung
zwischen Ladungen, im Atom zwischen Kern und
Elektronen, im Kristall zwischen Ionen, (z. B.
NaCl Kristall)
Kern und ElektronenNaCl-Kristall
Kovalente Bindung
Gerichtete Bindung durch gemeinsame Elektronen
Si-Kristall, organische Moleküle
Metall Bindung
Isotrope Bindung der Metallatome mit freien
Elektronen im „Elektronengas“
Alle metallischen Leiter
Gase
• Gase dehnen sich beliebig weit aus
Die Kräfte beim Impulsübertrag der Stöße durch die Temperaturbewegung sind größer als die Kräfte der van der Waalschen Anziehung zwischen den Teilchen
Flüssigkeiten
• Sehr kleine Kräfte genügen zur Änderung der Form einer Flüssigkeit
Arbeit bei Vergrößerung der Oberfläche
• Aber: Die Vergrößerung der Oberfläche erfordert Energie: die Kraft ist die „Oberflächenspannung“
Festkörper
• Jede Änderung der atomaren Anordnung erfordert hohe Kräfte
• Bei Rückgang der verformenden Kraft kehren die Atome in ihre Ausgangslage zurück: Elastisches Verhalten – Gilt in Grenzen
Festkörper und Flüssigkeiten
• Die atomaren Baugruppen liegen in beiden Aggregatzuständen auf Kontakt – deshalb sind beide praktisch inkompressibel
• Aber: Flüssigkeiten sind gegen Scherung bzw. Torsion instabil
Fest Flüssig
Arbeit bei Vergrößerung einer Flüssigkeits- oberfläche
• Aber: Die Vergrößerung der Oberfläche erfordert Energie: die Kraft ist die „Oberflächenspannung“
Aggregatzustände und Eigenschaften
Gas Flüssigkeit Festkörper
Dichte* ~0,001 g/cm3 ~ 1g/cm3
Ist zur Verdichtung Kraft erforderlich?
Wenig** Viel
Viel bei jeder Art der Verformung
(„Elastische Verformung“)
Ist zur Ausdehnung Kraft erforderlich?
KeineWenig zur
Oberflächen-vergrößerung
Ist zur Scherung Kraft erforderlich?
Wenig(„Viskoses Fließen“)
*Normaldruck und 20°C** Verdichtung auf 99% des Volumens beginnend bei
Phasenübergänge• Als „Phasenübergänge“ bezeichnet man
– den Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Aggregatzuständen
– Umbau der Struktur eines Festkörpers oder von Molekülgruppen
• Die Anregungsenergie zum Umbau der Atome liefert die Temperaturbewegung
Pb5 Al3 F19 600 K
Pb5 Al3 F19 300 K
Pb5 Al3 F19 100 K
Pb5 Al3 F19 600 K
Zusammenfassung
• Es gibt Materie in drei Aggregatzuständen: – Gasförmig
• Dichte bei Normalbedingungen ca. 1/1000 der von Flüssigkeiten oder Festkörper
• „Grenzenlose“ Ausdehnung ohne Zufuhr von Energie• Bei Normalbedingung genügt wenig Kraft genügt zur (mäßigen)
Volumenverkleinerung – Flüssig
• Dichte etwa wie im Festkörper• Kraft zur Volumenverkleinerung („Kompression“) ist hoch, etwa wie im
Festkörper • Vergrößerung der Oberfläche mit Zufuhr von Arbeit
(„Oberflächenspannung“)– Fest:
• jede Formveränderung erfordert hohe Kräfte: • Stabil gegen Scherung, Kompression, Dehnung
• Phasenübergänge – Umbau der atomaren Anordnung– Die Energie dazu liefert die Temperaturbewegung
• Weitere Aggregat Zustände unter extremen Bedingungen – Plasma (Nach Energiezufuhr in Form von Temperatur, Strahlung oder
elektromagnetischen Feldern ionisiertes Gas) – Bose-Einstein Kondensate (Temperatur unter 100 μK)
finis
Fest Flüssig
Gas