Stoff & Temperatur

Teilchenbewegung / Brownsche Molekularbewegung

Die kleinsten Teilchen sind ständig in Bewegung

Diese Teilchenbewegung ist ungerichtet und abhängig von der Temperatur

Je höher die Temperatur, desto rascher bewegen sich die Teilchen (kinetische Energie)

Diffusion

Diffusion beruht auf der Eigenbewegung der Teilchen (Brownsche Molekularbewegung) und führt zur gleichmässigen Verteilung und somit zur Durchmischung von Stoffen.

Teilchenbewegung und Temperatur

Die Temperatur ist ein Mass für die mittlere Bewegungsenergie der Teilchen.

Mit zunehmender Temperatur, steigt die Eigenbewegung            

→ die Teilchen brauchen mehr Platz

→ Wärmeausdehnung

Teilchenbewegung und absoluter Nullpunkt

Absoluter Nullpunkt

bei -273 Grad Celsius oder 0 Kelvi

→ keine Teilchenbewegung mehr

Teilchenmodell und Aggregatszustände

	fest	Flüssig	gasförmig
Anziehungskräfte / Kohäsionskräfte Abstand zwischen Teilchen	sehr gross klein	mittel mittel	sehr schwach gross
Ordnung der Teilchen	feste Gitterplätze	feste Ordnung aufgehoben	völlig ungeordnet
Eigenschaften des Stoffes	feste Form, festes Volumen	verformbar, festes Volumen	verteilt sich im ganzen Raum

Aggregatzustände & chemische Bindungen

Die Kräfte zwischen den Teilchen bestimmen den Abstand zwischen den Teilchen und somit den Zusammenhalt.

Diese Kräfte zwischen den Teilchen werden durch die chemischen Bindungen beeinflusst.

Ionenverbindungen: Die Ladung der Ionen bewirken eine starke Anziehung.
Gitterkräfte bewirken, dass die Teilchen nur um ihre Plätze herum etwas schwingen können.

Metalle: starke Kräfte zwischen den Atomrümpfen und dem Elektronengas.
Deshalb sind Metalle fest und haben hohe Schmelzpunkte

Aggregatzustände & chemische Bindungen

Gitterkräfte: 

Halten den hochgeordneten Zustand des Metall- und Ionengitters aufrecht.

Kohäsionskräfte:

Sie wirken in Flüssigkeiten, die Teilchen bewegen sich im geschmolzenen Zustand mehr als im festen Zustand. Die Abstände zwischen den Teilchen sind im geschmolzenen Zustand grösser und somit sind die anziehenden Kräfte geringer als im festen Zustand.

Aggregatszustände

Schreibweise in  Versuchsprotokollen

•fest (s) = solid

•flüssig (l) = liquid

•gasförmig (g) = gaseous

Phasenübergänge

•Schmelzen

•Erstarren

•Verdampfen

•Kondensieren

•Sublimieren

•Resublimieren

Aggregatszustandsänderungen

•Welchen Aggregatzustand ein Stoff hat liegt an der Temperatur des Stoffes!

•Durch Wärmezufuhr (erwärmen) werden folgende Übergänge möglich:

•schmelzen (fest → flüssig)

•verdampfen (flüssig → gasförmig)

•sublimieren (fest → gasförmig).

•Durch Wärmeentzug (abkühlen) werden folgende Übergänge möglich:

•erstarren / gefrieren (flüssig → fest)

•kondensieren (gasförmig → flüssig)

•resublimieren (gasförmig → fest).

Aggregatszustandsänderungen

Aggregatszustandsänderungen

•Schmelztemperatur = Übergang fest → flüssig

•Siedetemperatur = Übergang flüssig → gasförmig

Verdunsten – Unterschied zu verdampfen?

Verdunsten                    

geschieht schon bei Raumtemperatur, da besonders schnelle Teilchen die Flüssigkeitsoberfläche verlassen können

Verdampfen
dazu muss die Flüssigkeit auf die Siedetemperatur erhitzt werden

Verdunsten und Verdunstungskälte

Übergang vom flüssigen zum gasförmigen Zustand bei Temperaturen unter dem Siedepunkt

Bei einer bestimmten Temperatur gibt es immer etwas schnellere (energiereichere) und langsamere (energieärmere) Stoffteilchen

Bei der Verdunstung reissen sich nur die schnelleren Teilchen von der Flüssigkeit los        → langsamere Teilchen bleiben zurück 

→ mittlere Bewegungsenergie sinkt m                     

→ Abkühlung = Verdunstungskälte

Wärmeübertragung

Wärmeleitung
Wärmeleitung ist immer an Materie gebunden.
Wärme fliesst immer vom Körper mit der höheren Temperatur zum Körper mit der tieferen Temperatur, bis die Temperaturen gleich sind.
Die Wärmeübertragung erfolgt durch Stösse der energiereicheren Teilchen.

Wärmestrahlung
Hier sind keine Stoffteilchen nötig, die Wärmeenergie wird durch elektromagnetische Strahlung übertragen.

Wärmeströmung / Konvektion
Hier wird Wärme transportiert, z.B. vom Golf von Mexiko nach Europa (Golfstrom).

Wärmeübertragung

Beispiel Thermoskanne

Wärmeleitung (Konduktion)                                                      

Der Zwischenraum  zwischen den Wänden enthält kaum Teilchen, es herrscht also ein Vakuum, wodurch die direkte Übertragung von Bewegungsenergie weitgehend blockiert wird.

Wärmeströmung (Konvektion)                                                  

Da im Vakuum keine Luft vorhanden ist, kann keine warme oder kalte Luft zirkulieren.

Wärmestrahlung                                                                            

Eine spiegelnde Beschichtung an den Innenseiten wirft die Infrarotstrahlung direkt in das Innere des Gefässes zurück

Siedepunkte

Sieden bedeutet, dass sich im Innern einer Flüssigkeit Dampfblasen bilden.
Diese Dampfblasen steigen dann an die Oberfläche und die Flüssigkeit verdampft.

Die Siedetemperatur hängt stark vom Luftdruck ab. Pro 300 m Höhe nimmt die Siedetemperatur um ein Grad Celsius ab. In Bern siedet deshalb Wasser schon bei ca. 98 Grad Celsius.

Flüssigkeiten haben unterschiedliche Siedetemperaturen. Dies hängt mit den Kohäsionskräften zusammen. Je stärker die Teilchen aneinander haften, desto höher ist die Siedetemperatur.

Solange eine Flüssigkeit siedet, bleibt die Siedetemperatur konstant (Reinstoff, z.B. Wasser). Handelt es sich bei der Flüssigkeit um ein Gemisch, ändert sich die Siedetemperatur.

Bei welcher Temperatur siedet Wasser?

• Zelten in Holland

Höhe = 0m → 100 °C

• Mount Everest

Höhe = 8848m → 70 °C

• Dampfkochtopf? →133.5°C

Druck verändert sich mit der Höhe

Schmelzpunkte

Feste Stoffe sind dann Reinstoffe, wenn ihre Schmelztemperatur konstant bleibt.

Erhöht man die Temperatur, dann beginnen die Teilchen sich mehr zu bewegen. Beim Schmelzpunkt wird die Eigenbewegung der Teilchen so gross, dass das Gitter nicht standhält.

Der Schmelzpunkt ist ein Mass für die Gitterstabilität der Stoffe.

Siedepunkte im Vergleich

•Stickstoff (ca. 78 % der Luft): -196 °C.

•Sauerstoff (ca. 21 % der Luft): -183 °C.

•Wasser: 100 °C

•Quecksilber: 357 °C

•Aluminium: 2519 °C

•Eisen: 2862 °C

•Wolfram: 5930 °C

•Kochsalz (NaCl): 1465 °C

•Calciumchlorid (CaCl₂): 1935 °C

Lösung Arbeitsblatt: Teilchenmodell & Diffusion