Die folgenden Aktivitäten richten sich an Schüler der Mittel- und Oberstufe, obwohl einige Inhalte auch für fortgeschrittene Grundschüler geeignet sind. Die Seite eignet sich auch hervorragend als Wiederholung für Schüler der höheren Klassenstufen. Alle Übungen verwenden Javascript, das für eine interaktive Umgebung sorgt.

Alles auf der Erde kann anhand von 4 Zuständen (Phasen) der Materie erklärt werden – fest, flüssig, gasförmig und Plasma.

Was sind die Eigenschaften eines Festkörpers?

Ein Stoff in einer festen Phase ist relativ starr, hat ein bestimmtes Volumen und eine bestimmte Form.

Die Atome oder Moleküle, aus denen ein Festkörper besteht, sind dicht aneinander gepackt und nicht komprimierbar.

Da alle Feststoffe eine gewisse Wärmeenergie besitzen, schwingen ihre Atome. Diese Bewegung ist jedoch sehr klein und sehr schnell und kann unter normalen Bedingungen nicht beobachtet werden.

Was sind die verschiedenen Arten von Festkörpern?

Es gibt vier Arten von kristallinen Festkörpern–

	Ionische Festkörper– Diese Stoffe haben einen bestimmten Schmelzpunkt und enthalten Ionenbindungen. Ein Beispiel ist Natriumchlorid (NaCl). Betrachten Sie die 3-D-Struktur eines Salzkristalls.
	Kovalente Feststoffe – Diese Stoffe erscheinen als ein einziges riesiges Molekül, das aus einer fast unendlichen Anzahl von kovalenten Bindungen besteht. Ein Beispiel wäre Graphit. Sehen Sie sich die 3-D-Struktur von Graphit an).
	Molekulare Feststoffe werden als sich wiederholende Einheiten dargestellt, die aus Molekülen bestehen. Ein Beispiel dafür ist Eis. Betrachten Sie die 3-D-Struktur von Eis.
	Metallische Festkörper sind sich wiederholende Einheiten, die aus Metallatomen bestehen. Die Valenzelektronen in Metallen können von Atom zu Atom springen.

Amorphe Festkörper
Amorphe Festkörper haben keinen bestimmten Schmelzpunkt oder regelmäßige Wiederholungseinheiten. Ein amorpher Festkörper ist ein Festkörper, in dem es im Gegensatz zu kristallinen Festkörpern keine langreichweitige Ordnung der Atompositionen gibt. Ein Beispiel für einen amorphen Feststoff ist Fensterglas. Außerdem sind viele Polymere wie Polystyrol amorph. amorphe Feststoffe können in zwei verschiedenen Zuständen vorliegen, dem „gummiartigen“ Zustand und dem „glasartigen“ Zustand. Die Temperatur, bei der sie zwischen dem glasartigen und dem gummiartigen Zustand übergehen, wird als Glasübergangstemperatur oder Tg bezeichnet.

Interessante Anmerkung zu Festkörpern: Es ist zwar unmöglich, überhaupt keine Masse zu haben, aber Aerogele scheinen dem ziemlich nahe zu kommen. Aerogele sind die leichtesten Feststoffe und haben eine Dichte von 1,9 mg pro cm3 oder 1,9 kg/m3 (526,3 mal leichter als Wasser). Aerogele, die manchmal auch als gefrorener Rauch bezeichnet werden, sind offenzellige Polymere mit Poren von weniger als 50 Nanometern Durchmesser.

Welche Eigenschaften hat eine Flüssigkeit?

Flüssigkeiten haben ein bestimmtes Volumen, können aber ihre Form durch Fließen verändern.

Flüssigkeiten sind Festkörpern insofern ähnlich, als sich die Teilchen berühren. Allerdings können sich die Teilchen auch bewegen.

Da sich die Teilchen berühren können, ist die Dichte von Flüssigkeiten ähnlich hoch wie die eines Festkörpers.

Da sich die Flüssigkeitsmoleküle bewegen können, nehmen sie die Form ihres Behälters an.

Welche spezifischen Eigenschaften haben Flüssigkeiten?

Viskosität –Der Widerstand einer Flüssigkeit gegen das Fließen wird als Viskosität bezeichnet.

Oberflächenspannung – Das Ergebnis der Anziehung zwischen den Molekülen einer Flüssigkeit, die bewirkt, dass die Oberfläche der Flüssigkeit wie ein dünner elastischer Film unter Spannung wirkt. Die Oberflächenspannung bewirkt, dass Wasser kugelförmige Tropfen bildet.

Dampfdruck — Der Druck, den ein Feststoff oder eine Flüssigkeit ausübt, wenn sie sich bei einer bestimmten Temperatur im Gleichgewicht mit ihrem Dampf befindet.

Siedepunkt — wenn Dampfdruck = Atmosphärendruck.

Welche Eigenschaften hat ein Gas?

Gase haben kein bestimmtes Volumen und keine bestimmte Form. Wenn Gase frei sind, breiten sie sich unendlich aus. Wenn sie eingeschlossen sind, nehmen sie die Form ihres Behälters an. Das liegt daran, dass die Gasteilchen genug Energie haben, um die Anziehungskräfte zu überwinden. Die einzelnen Teilchen sind gut voneinander getrennt, was zu einer sehr geringen Dichte führt.

Was ist der vierte Aggregatzustand?

Der vierte Aggregatzustand ist Plasma. Ein Plasma ist ein ionisiertes Gas, ein Gas, dem genügend Energie zugeführt wird, um Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu lösen und beiden Arten, Ionen und Elektronen, die Koexistenz zu ermöglichen. Ein Plasma ist eine Wolke aus Protonen, Neutronen und Elektronen, in der sich alle Elektronen von ihren jeweiligen Molekülen und Atomen gelöst haben, so dass das Plasma als Ganzes und nicht als ein Haufen von Atomen wirken kann. Plasmen sind der häufigste Zustand der Materie im Universum und machen mehr als 99 % unseres sichtbaren Universums aus, der größte Teil davon ist nicht sichtbar. Plasma kommt in der Natur vor und bildet den Stoff unserer Sonne, den Kern von Sternen und kommt in Quasaren, Röntgenstrahlen emittierenden Pulsaren und Supernovae vor. Auf der Erde kommt Plasma natürlich in Flammen, Blitzen und Polarlichtern vor. Die meisten Weltraumplasmen haben eine sehr geringe Dichte, zum Beispiel der Sonnenwind, der im Durchschnitt nur 10 Teilchen pro Kubikzentimeter enthält. Kollisionen zwischen den Teilchen sind unwahrscheinlich – daher werden diese Plasmen als kollisionsfrei bezeichnet.

Und jetzt ein fünfter Zustand – Bose-Einstein?

Der Zusammenbruch der Atome in einen einzigen Quantenzustand ist als Bose-Kondensation oder Bose-Einstein-Kondensation bekannt und wird jetzt als fünfter Zustand der Materie betrachtet.

Kürzlich haben Wissenschaftler das Bose-Einstein-Kondensat entdeckt, das als das Gegenteil eines Plasmas angesehen werden kann. Es tritt bei extrem niedriger Temperatur auf, nahe an dem Punkt, an dem sich die Atome überhaupt nicht mehr bewegen. Ein Bose-Einstein-Kondensat ist eine gasförmige supraflüssige Phase, die von Atomen gebildet wird, die auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt sind. Das erste derartige Kondensat wurde 1995 von Eric Cornell und Carl Wieman an der Universität von Colorado in Boulder mit einem auf 170 Nanokelvin (nK) gekühlten Gas aus Rubidiumatomen hergestellt. –Unter solchen Bedingungen kollabiert ein großer Teil der Atome in den niedrigsten Quantenzustand und erzeugt ein Superfluid. Dieses Phänomen wurde in den 1920er Jahren von Satyendra Nath Bose und Albert Einstein auf der Grundlage von Boses Arbeiten zur statistischen Mechanik von Photonen vorhergesagt, die dann von Einstein formalisiert und verallgemeinert wurden.