Die Teilchentheorie der Materie

Wie kommt es, dass Wasser im Gefrierschrank erstarrt, aber verdunstet, wenn man es lange genug bei Raumtemperatur stehen lässt? Warum wechseln verschiedene Stoffe ihre Aggregatzustände zwischen fest, flüssig und gasförmig? Wieso ändert sich das Volumen von Stoffen, wenn man ihre Temperatur erhöht oder senkt? Um das alles zu verstehen, hilft diese Vorstellung: Alles um dich herum besteht aus winzigen Teilchen. Das ist der Grundgedanke der Teilchentheorie der Materie.

Man kann die Theorie in fünf Hauptpunkten zusammenfassen. Erstens: Alle Materie besteht aus Teilchen, etwa Atomen, Molekülen oder Ionen. Verschiedene Arten von Materie – verschiedene Stoffe – setzen sich aus verschiedenen Teilchen zusammen. Gold enthält zum Beispiel nur Goldatome. Wasser besteht aus Wassermolekülen mit jeweils einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen.

Das Salz, mit dem man Essen würzt, besteht aus Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen. Zweitens: Teilchen werden durch Kräfte zueinander hingezogen. Diese Anziehungskräfte ziehen nah beieinander liegende Teilchen zusammen. Teilchen, die eng beisammen sind, ziehen einander stärker an als Teilchen, die weiter auseinander liegen. Drittens: Zwischen den Teilchen ist immer Raum.

In manchen Stoffen liegen die Teilchen sehr eng beisammen, ohne dass sie sich tatsächlich berühren. Der Raum zwischen den Teilchen ist leer. Viertens: Teilchen bewegen sich ständig. Das gilt für alle Teilchen in allen Stoffen, in allen Aggregatzuständen. Vielleicht denkst du, feste Dinge wie Bücher oder Wände seien still und unbeweglich.

Das scheint so, weil die Teilchen in ihnen starre Strukturen bilden, die durch die Anziehungskräfte eng zusammengehalten werden. Doch auch in starren Strukturen schwingen die Teilchen in ihrer Position leicht. Auch wenn sich ein Objekt selbst nicht bewegt, bewegen sich die Teilchen im Innern dennoch. Die Teilchen haben also Energie, die sich aus dieser Bewegung ergibt: kinetische Energie. Hohe kinetische Energie bedeutet viel Bewegung, geringe kinetische Energie bedeutet hingegen wenig Bewegung.

Und zum Schluss Punkt fünf der Teilchentheorie der Materie: Es gibt eine Beziehung zwischen der Temperatur und der Energie der bewegten Teilchen. Erwärmt man einen Stoff, steigt seine Temperatur. Seine Teilchen bewegen sich schneller und ihre kinetische Energie nimmt zu. Die Teilchen bewegen sich so schnell, dass sie die Anziehungskräfte zu den umliegenden Teilchen leichter überwinden können. Die Teilchen wollen sich also möglichst weit ausbreiten.

Auf diese Art verändert ein Stoff seinen Aggregatzustand beim Erhitzen ... von fest zu flüssig oder von flüssig zu gasförmig! Wenn der Stoff abkühlt, passiert das Gegenteil. Die Temperatur sinkt, die Teilchen werden langsamer und ihre kinetische Energie nimmt ab. Die Teilchen sind zu langsam, um die Anziehungskräfte zu überwinden, und diese Kräfte ziehen die Teilchen näher zueinander.

Darum wechselt ein Stoff beim Abkühlen also seinen Aggregatzustand ... von gasförmig zu flüssig oder von flüssig zu fest! Das ist die Teilchentheorie der Materie. Diese fünf Punkte erklären, woraus jede Materie besteht. So kannst du besser verstehen, warum es verschiedene Aggregatzustände gibt und warum sich Stoffe so verhalten, wie sie es tun.