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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 (Ep<<Ek)
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Abb.2
flüssig (EpEk)
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Abb.3
fest (Ep>>Ek)
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Ep = potentielle Energie, Ek = kinetische Energie

Der gasförmige Zustand

Abb.4
Dampf
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Im gasförmigen Zustand sind die Atome oder Moleküle frei beweglich. Die Summe der Wechselwirkungsenergien zwischen den Teilchen (Ep) ist erheblich geringer als die kinetischen Energien (Ek) 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

Abb.5
Eis
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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 (Ep>>Ek). 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

Abb.6
Wasser
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Der flüssige Zustand nimmt eine Mittelstellung zwischen festem und gasförmigem Zustand ein. Die Summe von anziehenden Wechselwirkungen zwischen den Teilchen (Ep) ist nur geringfügig größer oder gleich der gesamten kinetischen Energie (Ek). 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).

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