Feststoffe: Einführung
Einleitung: Die Aggregatzustände
Um die Bedeutung des kristallinen Zustandes besser verstehen zu können, ist es ratsam, sich die spezifischen Eigenschaften der drei Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig in Erinnerung zu rufen.
- Abb.1
- gasförmig (<<)
- Abb.2
- flüssig (≥)
- Abb.3
- fest (>>)
= potentielle Energie, = kinetische Energie
Der gasförmige Zustand
Im gasförmigen Zustand sind die Atome oder Moleküle frei beweglich. Die Summe der Wechselwirkungsenergien zwischen den Teilchen () ist erheblich geringer als die kinetischen Energien () der Moleküle. Demzufolge sind die Gasteilchen im Raum weitgehend frei beweglich. Sie nehmen das gesamte zur Verfügung stehende Volumen ein, das durch die Behälterwände begrenzt ist.
Der feste Zustand
Dem steht der feste Zustand gegenüber. Der feste Aggregatzustand ist dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen relativ dicht gepackt und - abgesehen von Schwingungen - an ihren Platz gebunden sind. Zwischen den Teilchen wirken zum Teil beträchtliche Anziehungskräften (>>). Die meisten Feststoffe sind entgegen dem oberflächlichen optischen Eindruck kristallin, das heißt die Bausteine des Kristalls sind regelmäßig angeordnet. Man spricht deshalb von Kristallgittern. Makroskopisch zeigen Kristalle ebene Begrenzungsflächen. Feststoffe, die keine regelmäßige Anordnung aufweisen, bezeichnet man als amorph. Beispiele für amorphe Feststoffe sind Gläser und Mineralien wie Feuerstein, Opal und Obsidian. Die Bruchflächen solcher Substanzen sind gekrümmt. Kristalline Stoffe zeigen in Debye-Scherrer-Röntgenbeugungsdiagrammen scharfe Linien, amorphe lediglich unscharfe Schatten.
Der flüssige Zustand
Der flüssige Zustand nimmt eine Mittelstellung zwischen festem und gasförmigem Zustand ein. Die Summe von anziehenden Wechselwirkungen zwischen den Teilchen () ist nur geringfügig größer oder gleich der gesamten kinetischen Energie (). Das System passt sich in seiner Form den Behälterwänden an (fließt). Je nach Zustandsbedingungen verlässt eine mehr oder weniger große Zahl von Molekülen ständig die flüssige Phase und gelangt in den Gaszustand (Verdunsten).
