Teilchenmodell

Das Teilchenmodell ist das einfachste Modell für den Aufbau von Materie. Es betrachtet Körper/Stoffe als Ansammlung unvorstellbar vieler kleinster Teilchen und dient vor allem der Erklärung, nicht aber der Vorhersage einfacher physikalischer Phänomene, wie Aggregatzustand, Temperatur und Druck.

Allgemeines

Das Teilchenmodell besagt: Die Teilchen reiner Stoffe sind alle identisch zueinander, unterscheiden sich aber von den Stoffteilchen anderer Stoffe, zum Beispiel in Größe (Volumen) oder Masse. Die Stoffteilchen sind mehr oder weniger stark in Bewegung; je höher die Temperatur eines Stoffes ist, desto schneller bewegen sich seine Teilchen.

Im Stoffteilchenmodell wird über die Form und den Aufbau der Teilchen keine Aussage gemacht. Oft werden die Stoffteilchen vereinfacht als Kugeln symbolisch dargestellt. Stoffteilchen sind sehr häufig Moleküle, oft Ionenaggregate, selten Atome. Werden die Stoffteilchen verändert, wird auch der Stoff mit seinen Eigenschaften verändert. Mit Hilfe des Stoffteilchenmodells kann man zum Beispiel beschreiben, wie thermische Energie von einem Stoff auf einen anderen übertragen wird, wie man sich die Struktur fester, flüssiger und gasförmiger Stoffe vereinfacht vorstellt, wie durch Zufuhr oder Entzug thermischer Energie Übergänge zwischen den Aggregatzuständen bewirkt werden.

Erklärungen mit Hilfe des Teilchenmodells

Folgende Beobachtungen lassen sich mit dem Teilchenmodell erklären:

• Die Aggregatzustände: Je nachdem, wie der Abstand der Teilchen und deren Geschwindigkeit in einem Stoff ist, handelt es sich dabei um einen festen, flüssigen oder gasförmigen Stoff.
• Die Temperatur: Durch die Bewegung der Teilchen wird, zum Beispiel auf der Haut beim Anfassen, aufgrund der Reibung das Wärmegefühl erzeugt.
• Die Brownsche Molekularbewegung: Ein Staubkörnchen auf einer Wasseroberfläche bewegt sich unter dem Mikroskop scheinbar von alleine hin und her, weil die Teilchen aufgrund ihrer eigenen Bewegung das Staubkörnchen anstoßen.
• Die Diffusion: Ein Gas oder gelöster Stoff verteilt sich von selbst in einem anderen Gas bzw. einer Flüssigkeit. Dies geschieht aufgrund der Eigenbewegung der Teilchen.
• Der Druck: Die kleinsten Teilchen stoßen in einem eingeschlossenen Volumen gegen die Wände und erzeugen dadurch eine Kraft nach außen.
• Die Wärmeübertragung, insbesondere Wärmeleitung: Wird ein „Ende“ eines Gegenstandes erhitzt und geraten dadurch einige Teilchen in Bewegung, so stoßen sie die benachbarten Teilchen des Gegenstandes an und geben so die Wärme (schnellere Bewegung der Teilchen) weiter.
• Der absolute Nullpunkt: Beim Abkühlen wird die Bewegung der Teilchen immer langsamer. Bei −273,15 °C (benannt nach Lord Kelvin) sind die Teilchen nicht mehr in Bewegung, deshalb kann sich der Stoff nicht weiter abkühlen.
• Die Komprimierbarkeit der Gase: Übt man auf Gas, das in einem geschlossenen Behälter ist, Druck aus, so wird das Volumen verringert. Das ist möglich, weil der große Abstand zwischen den Teilchen verringert wird. Durch besonders hohen Druck können die meisten Gase sogar verflüssigt werden. Bei Flüssigkeit kann das Volumen fast gar nicht verringert werden, weil die Teilchen nahe beieinander sind.

Das Teilchenmodell selbst ist viel zu unspezifisch, um genaue Vorhersagen zu treffen. Für die aufgezählten Phänomene gibt es neben der Erklärung mit dem Teilchenmodell so genannte Naturgesetze, mit denen man weiterführende, auch quantitative Beschreibungen findet.

Die Anziehung der Teilchen

Die kleinsten Teilchen ziehen sich untereinander durch die so genannten Van-der-Waals-Kräften oder auch Kohäsionskraft an.

Die Temperatur bzw. Wärmeenergie macht sich als Bewegung der kleinsten Teilchen bemerkbar. Bei höherer Temperatur bewegen sich die Teilchen schneller und daher können die Anziehungskräfte nicht so gut wirken. Der Aggregatzustand richtet sich nach dem Verhältnis von Kohäsionskraft und Energie bzw. Geschwindigkeit der Teilchen.

Nach dem Teilchenmodell ist die Kohäsionskraft einfach nur eine Anziehung der kleinsten Teilchen. Tatsächlich handelt es sich dabei um verschiedenste Kräfte, durch die Moleküle bzw. Atome aneinander haften. Neben den Van-Der-Waalschen Kräften sind das unter anderem Ionenbindung, Metallbindung und Wasserstoffbrückenbindung.

Weblinks

• http://www.cornelsen.de/physikextra/htdocs/Teilchen2.html Java-Applet zu den Aggregatzuständen
• http://www.cornelsen.de/physikextra/htdocs/Teilchen1.html Java-Applet zu Brown'schen Molekular-Bewegung