Die Aggregatzustände

Es ist allgemein bekannt, dass die Materie aus Atomen oder Molekülen aufgebaut ist. Die Stoffe können jedoch in unterschiedlichen Erscheinungsformen vorliegen. Denken wir beispielsweise an Wasser, das immer aus H₂O-Molekülen besteht. Hier gibt es eine feste (Eis), eine flüssige (Wasser) und eine gasförmige Phase (Wasserdampf). Man bezeichnet dies auch als den festen, den flüssigen und den gasförmigen Aggregatzustand.

Die Ursache hierfür ist in der Wechselwirkung der Bausteine der Materie, also der Moleküle bzw. Atome, untereinander zu suchen: Diese befinden sich in ständiger unregelmäßiger Bewegung, deren Intensität von der Temperatur abhängt. Diese wird daher auch thermische Bewegung genannt. Ein deutliches Indiz für die thermische Bewegung der Moleküle ist die Brownsche Molekularbewegung. Wir werden hierauf später genauer eingehen.

Zwischen den Molekülen eines Stoffes wirken andererseits anziehende Kräfte, die als Bindungskräfte oder Molekularkräfte bezeichnet werden. Die thermische Bewegung wirkt den Bindungskräften entgegen. Abhängig vom Verhältnis von Bindungsenergie zu thermischer Energie finden wir die unterschiedlichen Erscheinungsformen der Materie: Wir unterscheiden den festen, den flüssigen und den gasförmigen Aggregatzustand. Jeder der drei Aggregatzustände hat eine besondere innere Struktur, die seine Eigenschaften wesentlich bestimmt.

Ändert sich die Intensität der thermischen Bewegung der Moleküle eines Stoffes, so ändert sich auch das Verhältnis zwischen Bindungsenergie und thermischer Energie. Als Folge kann ein Stoff seinen Aggregatzustand ändern. Man bezeichnet dies als Phasenübergang.

Simulation der Brownschen Molekularbewegung

Beobachtet man kleine Partikel (z. B. Pollenkörner) in einer Flüssigkeit unter dem Mikroskop (siehe linke Seite), so führen diese eine unregelmäßige Zickzackbewegung aus.

Java ist nicht aktiviert bzw. installiert. Hier sollte die Simulation der Brownschen Bewegung laufen

Quelle: Fowler's Physics Applets

Brown erkannte, dass die unter dem Mikroskop sichtbaren Partikel (blau) ständig von den viel kleineren und daher unsichtbaren Molekülen der Flüssigkeit (rot) angestoßen und so gewissermaßen "herumgeschubst" werden. Dies ist auf der stark vergrößerten Ansicht auf der rechten Seite zu kennen. Die Unregelmäßigkeit der Bewegung ist an der gezeichneten Spur des blauen Partikels auf der linken Seite ersichtlich.

Sie können die Simulation mit "Stop" anhalten und erneut starten. Mit "Reset" löschen Sie die Spur des blauen Pollenkorns.

Beachten Sie, dass sich die kleinen Moleküle der Flüssigkeit viel schneller bewegen als große Pollenkorn. Haben Sie eine Erklärung dafür?

Zurück