Der Aufbau der Materie

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Inhalt

1. Natürliches Gleichgewicht
2. Erscheinungsformen der Natur
3. Wissenschaft Chemie
4. S
toffaufbau
5. Wärmeenergie
6. Stofflicher Idealzustand
7. Elemente
8. Verbindungen
9. Bindungsarten von Verbindungen

 

 

1. Natürliches Gleichgewicht

Ein Gleichgewicht ist ein Zustand der Natur, in dem sich im betrachteten Zeitraum keine bleibende Veränderung stattfindet.

Der Gleichgewichtszustand ist der Zustand, in dem die Natur ein Minimum an Energie besitzt.

Es gibt verschiedene Gleichgewichtszustände. Man unterscheidet nach dem Energiegehalt stabile, indifferente und labile Gleichgewichte. Stabil ist ein Zustand, wenn jeder andere mögliche Zustand mehr Energieinhalt besitzt. Indifferent ist ein Zustand, wenn es alternative Zustände mit dem gleichen Energiegehalt gibt. Als labil (instabil) bezeichnet man eine Zustand, der nur in einem Moment eingenommen ist, zu dem es aber andere Zustände mit geringerem Energiegehalt gibt. Weiter gibt es den metastabilen Zustand. Das ist ein stabiler Zustand, der in der näheren räumlichen und zeitlichen Umgebung nur von labilen Zuständen umgeben ist, die das erreichen eines noch stbilleren Zustands verhindern.

Eine weitere Unterscheidung betrifft den zeitlichen Rahmen des Gleichgewichts. Man unterscheidet hierbei zwischen dem statische und dem dynamischen Gleichgewicht. In einem statischen Gleichgewicht ist der Gleichgewichtszustand auf Dauer unverändert.

Bei einem dynamischen Gleichgewicht durchläuft das Gleichgewicht zwei oder mehr labile Zustände, die sich in ihrer Wirkung gegenseitig aufheben und daher abwechselnd durchlaufen werden.

 

 

2. Erscheinungsformen der Natur

Die Natur besteht nach heutiger Erkenntnis aus zwei stabilen Erscheinungsformen.

Ein Teil der Natur besteht aus Feldern. Das sind ausgedehte Raumbereiche, in denen Kraftwirkungen feststellbar sind. Dazu zählen das elektrische Feld, das magnetische Feld und das Schwerefeld (Gravitationsfeld).

Ein weiterer Teil der Natur erscheint als Masse. Unter Masse versteht man örtlich sehr stark begrenzte Energiefelder. Die stabile Erscheinungsform eines solchen Energiefeldes ist das Atom. Die räumliche Zusammenlagerung von Atomen bezeichnet man als Materie oder Stoff.

Der dritte Teil der Natur erscheint als bewegtes Feld. Bewegte Felder bezeichnet man als Strahlung. Mit der Strahlung verbunden ist ein Energietransport und der Impulstransport.

 

 
 

In wie weit der "Ordnungszustand" der Natur eine Erscheinungsform ist und Gleichgewichtsbedingungen unterliegt, muss noch geklärt werden.

 

 

3. Wissenschaft Chemie

Die Chemie ist die Lehre von Stoffen, ihren Eigenschaften und den stofflichen Veränderungen. Hierzu werden die Eigenschaften von Stoffen erfasst, systematisiert und Folgerungen daraus gezogen.

 

 

4. Stoffaufbau

Alle Stoffe besitzen Masse, Platzbedarf und Wärmeenergie.

Alle Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen, den Atomen. Sie sind Träger der Masse und haben ein Eigenvolumen. Zwischen den kleinsten Teilchen ist leerer Raum. Der Raum ist durchsetzt von Kraftfeldern.

Atome sind von Kraftfeldern umgeben. Die elektrischen Felder sind die Haupturschache für anziehende und abstossende Kräfte der Atome untereinander. Besonders die Abstoßungskräfte der Atome sorgen für einen Platzbedarf.

 

 

5. Wärmeenergie

Unter Wärmeenergie versteht man die Bewegungsenergie der kleinsten Teilchen. Bei gleicher Temperatur bewegen sich leichte Teilchen schneller als schwere Teilchen. Beim Erwärmen erhöht sich die Geschwindigkeit der kleinsten Teilchen und damit ihre Bewegungsenergie.

 

 

6. Idealzustand der Stoffe

Alle Stoffe sind von Natur aus elektrisch neutral. Besteht ein Stoff nur aus gleichen kleinsten Teilchen, so bezeichnet man diesen Stoff als Element. Die kleinsten Teilchen eines Elements bezeichnet man als Atom. Atome eines Elements müssen demnach ebenfalls elektrisch neutral sein.

 

 

7. Elemente

Diesem Idealzustand der minimalen Wechselwirkung mit der Umgebung kommen die Edelgase am nächsten. Die von den Edelgasatomen ausgehendend anziehenden Felder sind so schwach, dass sie kaum voneinander angezogen werden. Ihre Bewegungsenergie ist bei Zimmertemperatur so groß, dass die sehr geringen Anziehungskäfte überwunden werden. Die Edelgase verflüssigen sich erst bei sehr niedriger absoluter Temperatur und werden bei noch niedrigerer Temperatur erst fest. Eine besondere Sorte des Edelgases Helium bleibt sogar dicht am absoluten Nullpunkt der Temperaturskala noch flüssig.

Edelgase gehen in der Regel auch keine Verbindungen ein. Ihre Erscheinungsform ist die von einatomigen Gasen. Die von ihnen ausgehenden Felder beliben nahezu auf das Atom beschränkt.

Die Atome der anderen Elemente besitzen Felder, die weiter in den Raum hineinreichen. Das führt dazu, dass die Erstarrungstemperaturen und Verdampfungstemperaturen ansteigen, weil erst ein größerer Betrag an Bewegungsenergie der Teilchen die zwischen den Feststoffteilchen bestehenden Bindungen aufbrechen können.

 

 

8. Verbindungen

Die Atome aller anderen Elemente der Natur außer den Edelgasen zeigen unterschiedlich starke Neigung, mit ihrer Umgebung in Wechselwirkung zu treten. Gleiche und unterschiedliche Atomsorten ziehen sich dabei in unterschiedlicher Weise an und bilden stabile Verbindungen.

Nur die wenigsten (6 von der 112 natürlichen und künstlichen) Elemente der Natur zeigen Edelgascharakter. Alle anderen Elemente stehen somit mehr oder wenige nicht im Gleichgewicht mit ihrer natürlichen Umgebung. Offenbar gibt es in der Natur für Nicht-Edelgasatome andere Möglichkeiten, mit der natürlichen Umgebung so lange Energie auszutauschen, bis auch diese Atome sich im Gleichgewicht mit ihrer Umgebung befinden.

Die Atome gehen zu diesem Zweck Verbindungen ein.

 

 

9. Bindungsarten von Verbindungen

Der Begriff "Atom - unteilbares Teilchen" hat lange Zeit das Verständnis der chemischen Bindung erschwert.

Dass Atome teilbar sind, zeigt sich bei der elektrischen Untersuchung von Lösungen und Metallen. Schon die Löslichkeit von Stoffen in Wasser oder Benzin zeigt, dass verschiedene chemische Bindungen existieren.

Zunächst zeigt sich, dass alle Metalle den Stoff gut leiten, ohne sich dabei zu zersetzen. Es sind Leiter 1. Art. Sie werden durch die sogenannte Metallische Bindung oder auch Metallbindung zusammengehalten.

Werden Salze, Säuren oder Basen in Wasser gelöst, so tritt ebenfalls eine elektrische Leitfähigkeit auf, die weder das Wasser selbst, noch die gelösten Stoffe in ihrer reinen, festen Form zeigen. Offenbar findet beim Lösen eine chemische Reaktion statt, die neue Stoffe bildet. Diese Reinstoffe bilden sich aber wieder zurück, wenn das Lösemittel Wasser entzogen wird. Außerdem treten in der Lösung unterschiedlich elektrisch geladene Teilchen af, die man Ionen nennt.

 

 

10.

Durch Zufuhr von Energie kann man den kleinsten Teilchen elektrische Ladungen entreißen, es entstehen geladene Teilchen - die sogenannten Ionen. Dabei gibt es Kationen, das sind positiv geladene Ionen, die zur negativ geladenen Kathode in einer Lösung gezogen werden. Außerdem entstehen auch Anionen, das sind negativ geladene Ionen, die von der positiv geladenen Anode angezogen werden.

Atome bestehen aus Atomkern (Ort der positiven Ladung) und der Atomhülle (Ort der negativen Ladung).

Durch Veränderung des Energiegehalts kann man negative Ladungen (Elektronen) aus der Atomhülle entfernen und hinzugeben. Dazu müssen die elektrischen Anziehungs- und Abstoßungskräfte überwunden werden.

 

 

  Verfasser: Dr. K.-G. Häusler;

2002 -2010 HMTC GmbH
Klaus-G. Häusler;
haeusler[at]muenster[dot]de
stoffaufbau.htm; 29.04.2010