Charakterisierung von Stoffen und das Teilchenmodell

Vokabelkarten zur Einführung in die Charakterisierung von Stoffen, Stoffeigenschaften, Aggregatzustände und die Grundprinzipien des chemischen Teilchenmodells.

Modell (in den Naturwissenschaften)

Eine vereinfachte, angenäherte Darstellung bestimmter Teile der Realität, die dazu dient, nicht direkt sichtbare Phänomene zu veranschaulichen, und dabei stets Grenzen besitzt.

Kleinste Teilchen

Die charakteristischen, etwa $1\,\text{nm}$ grossen Bausteine aller Stoffe, welche deren Stoffeigenschaften bestimmen; werden sie gespalten, verliert der jeweilige Stoff seine typischen Eigenschaften.

Nanometer

Eine Längeneinheit (abgekürzt $\text{nm}$, abgeleitet von griechisch nanos für Zwerg), die einem milliardstel Meter bzw. $10^{-9}\,\text{m}$ entspricht.

Wärmebewegung

Die ständige, ununterbrochene Eigenbewegung der kleinsten Teilchen, deren Intensität und Geschwindigkeit direkt von der Temperatur abhängen (je heisser, desto stärker).

Feststoff (im Teilchenmodell)

Ein Aggregatzustand, in dem sehr grosse Anziehungskräfte zwischen den Teilchen herrschen; sie sind dicht in einem regelmässigen Gitter angeordnet, lassen sich nicht zusammenpressen und führen ausschliesslich Zitterbewegungen (Vibrationen) an ihren festen Plätzen aus.

Flüssigkeit (im Teilchenmodell)

Ein Aggregatzustand mit schwächeren Anziehungskräften als im Feststoff; die Teilchen besitzen keine festen Plätze oder strenge Ordnung mehr, sind gegeneinander frei verschiebbar und passen sich der Gefässform an, lassen sich jedoch kaum zusammendrücken.

Gas (im Teilchenmodell)

Ein Aggregatzustand, in dem die Teilchen sehr weit voneinander entfernt sind, keinen Zusammenhalt besitzen, sich ungeordnet durch Zusammenstösse bewegen und sich leicht zusammendrücken lassen.

Verdunsten

Der Übergang von Teilchen aus dem flüssigen in den gasförmigen Zustand unterhalb der Siedetemperatur, da die schnellsten Teilchen an der Oberfläche die nur von drei Seiten wirkenden Anziehungskräfte überwinden können.

Sublimation

Der direkte Aggregatzustandswechsel eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Zustand unter Wärmeaufnahme (beobachtbar beispielsweise beim Erhitzen von Iodkristallen bei Atmosphärendruck).

Resublimation

Der direkte Aggregatzustandswechsel eines Stoffes vom gasförmigen in den festen Zustand unter Wärmeabgabe (z. B. wenn gasförmige Ioddämpfe beim Abkühlen wieder zu Kristallen werden).

Oberflächenspannung

Das Bestreben von Flüssigkeiten wie Wasser, ihre Oberfläche minimal zu halten und eine Kugelform zu bilden, da sich die Teilchen gegenseitig stark anziehen und dadurch an der Grenzfläche eine Art elastische Haut erzeugen.

Diffusion

Die selbstständige, gleichmässige Verteilung kleinster Teilchen im gesamten zur Verfügung stehenden Raum ohne äusseren Antrieb, bedingt durch ihre kontinuierliche Eigenbewegung.

Brown'sche Bewegung

Die unregelmässige Zickzack-Bewegung mikroskopisch sichtbarer Teilchen (ca. $10^{-6}\,\text{m}$), die durch fortwährende Stösse unsichtbarer kleinster Teilchen (ca. $10^{-9}\,\text{m}$) verursacht wird (1827 von Robert Brown entdeckt, 1905 von Albert Einstein erklärt).

Absoluter Nullpunkt

Der theoretische tiefstmögliche Temperaturpunkt bei $-273\,^\circ\text{C}$ bzw. $0\,\text{Kelvin}$, an dem die kleinsten Teilchen jegliche Bewegung einstellen und völlig ruhig sind.

Lösevorgang (im Teilchenmodell)

Ein Prozess, bei dem sich freie Teilchen einer Flüssigkeit (z. B. Wasser) zwischen die Gitterteilchen eines Feststoffs (z. B. Zucker) schieben, deren Ablösung von der Kristalloberfläche erleichtern und sie durch Diffusion gleichmässig verteilen.

Physikalischer Vorgang

Ein Vorgang, bei dem die Stoffart und der chemische Charakter erhalten bleiben und sich lediglich der äussere Zustand ändert (z. B. Erwärmung, Verformung oder Aggregatzustandsänderungen wie Schmelzen und Verdampfen).

Chemische Reaktion

Ein Vorgang, bei dem ein Stoff seine Eigenschaften ändert und zu einer neuen Stoffart mit neuen Eigenschaften umgewandelt wird.

Physikalische Eigenschaft

Ein stoffspezifisches Merkmal, das ermittelt werden kann, ohne dass sich der untersuchte Stoff in eine neue Stoffart verwandelt (z. B. Farbe, Dichte, Schmelztemperatur, Siedetemperatur, Löslichkeit).

Chemische Eigenschaft

Eine Eigenschaft, die beschreibt, wie sich ein Stoff bei chemischen Reaktionen verhält und die nur durch dessen stoffliche Umwandlung festgestellt werden kann (z. B. Brennbarkeit).

Mohs'sche Härteskala

Eine von Friedrich Mohs eingeführte Ritzhärteskala von $1$ bis $10$, bei der härtere Stoffe weichere ritzen können (z. B. Gold mit Härte $2{,}5$, Stahl mit Härte $8$, Diamant als härtester Stoff mit Härte $10$).

Ferromagnetische Metalle

Metalle, die magnetische Eigenschaften besitzen bzw. von Magneten angezogen werden; namentlich Eisen, Cobalt und Nickel.

Elektrischer Isolator

Ein Material, das den elektrischen Strom nicht leitet (Nichtleiter), wie beispielsweise Kunststoffe, Holz, Glas und Porzellan.

Siedetemperatur

Die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit zu verdampfen beginnt; sie ist vom Luftdruck abhängig und wird einheitlich bei Normdruck ($1013\,\text{hPa}$) angegeben (z. B. Wasser bei $100\,^\circ\text{C}$, auf dem Mont Blanc bei $84\,^\circ\text{C}$, auf dem Mount Everest bei $66\,^\circ\text{C}$).

Schmelztemperatur

Die Temperatur, bei der ein Feststoff zu schmelzen beginnt; während des Schmelzvorgangs bleibt die Temperatur des Gemischs aus Feststoff und Flüssigkeit trotz weiterer Wärmezufuhr konstant.

Schmelzwärme

Die Wärmemenge, die bei konstanter Schmelztemperatur aufgewendet werden muss, um einen Feststoff vollständig in eine Flüssigkeit gleicher Temperatur umzuwandeln.

Löslichkeit

Die maximale Masse eines Stoffes (angegeben in Gramm), die sich in einem Liter Wasser bei einer bestimmten Temperatur lösen kann.

Gesättigte Lösung

Eine Lösung, die die maximal mögliche Menge eines gelösten Stoffes enthält, sodass sich jede weitere zugegebene Menge als ungelöster Bodenkörper absetzt.

Dichte ($\rho$)

Eine stoffspezifische physikalische Grösse, die das Verhältnis der Masse ($m$) einer Stoffportion zu deren Volumen ($V$) beschreibt ($\rho = \frac{m}{V}$).

Endothermer Vorgang

Ein Prozess, bei dem Wärme aus der Umgebung aufgenommen werden muss, wie beispielsweise beim Schmelzen, Verdampfen oder Sublimieren.

Exothermer Vorgang

Ein Prozess, bei dem Wärmeenergie an die Umgebung freigesetzt wird, wie beispielsweise beim Erstarren, Kondensieren oder Resublimieren.