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B978-3-437-43325-2.00001-9

10.1016/B978-3-437-43325-2.00001-9

978-3-437-43325-2

Einteilung der Materie. Die in Blau gekennzeichneten Trennungen erfolgen mit physikalischen Verfahren, die in Grün gekennzeichneten Übergänge mit chemischen Methoden.

Makroskopische Erscheinungsformen der Materie

  • 1.1

    Wegweiser1

  • 1.2

    Aggregatzustände1

  • 1.3

    Stoffgemische1

IMPP-Hits

Wegweiser

Materie kann in verschiedenen Aggregatzuständen vorliegen (Kap. 1.2) sowie in reiner Form oder als Stoffgemisch (Kap. 1.3). Reine Stoffe werden wiederum unterteilt in solche, die aus einem einzigen chemischen Element bestehen, und Verbindungen aus mehreren Elementen.

Aggregatzustände

AggregatzustandIn der Umwelt erscheint die Materie in verschiedenen Aggregatzuständen:
  • Aggregatzustand:f∗est∗Fest: Die Bausteine eines Festkörpers befinden sich zueinander in einer festgelegten Anordnung. Der Körper nimmt eine definierte Form ein, die er nur unter dem Einfluss äußerer Kräfte ändert. Es kann unterschieden werden zwischen kristallinen Festkörpern, die eine regelmäßige Kristallstruktur aufweisen, und amorphen Substanzen, in denen diese feste Ordnung nicht vorliegt.

  • Aggregatzustand:f∗lüssig∗Flüssig: Die Teilchen einer Flüssigkeit werden durch KohäsionskräfteKohäsionskräfte zu einem Verband zusammengehalten. Sie sind jedoch gegeneinander verschiebbar. Die Flüssigkeit passt sich der Form eines äußeren Behältnisses an.

  • Aggregatzustand:g∗asförmig∗Gasförmig: In einem Gas sind die einzelnen Teilchen weit voneinander entfernt. Das Gas füllt jeden ihm zur Verfügung stehenden Raum vollständig aus. Anziehungskräfte zwischen den Gasteilchen können in den meisten Fällen als vernachlässigbar betrachtet werden. Man spricht dann von einem idealen Gase:i∗deale∗Gas.

Die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig werden auch als Phase eines Stoffs bezeichnet. Eine Phase ist ein Bereich, in dem sich die Stoffeigenschaften nicht sprunghaft ändern. Der Begriff ist nicht mit dem des Aggregatzustands gleichzusetzen. So bilden nicht mischbare Flüssigkeiten, wie z. B. Öl und Wasser, zwei voneinander getrennte flüssige Phasen.
Jede Änderung des Aggregatzustands ist mit einer Änderung der inneren Aggregatzustand: ∗Änderung der inneren Energie∗Energie verbunden: Beim Schmelzen muss die Kristallstruktur eines Stoffs aufgebrochen werden und beim Verdampfen einer Flüssigkeit wird Arbeit gegen zwischenmolekulare Anziehungskräfte geleistet. Es muss deshalb ein für den jeweiligen Stoff spezifischer Energiebetrag, seine Schmelzwärme bzw. Verdampfungswärme, aufgebracht werden, um den Aggregatzustand zu ändern. Beim Kondensieren oder Erstarren wird diese Bindungsenergie als Kondensationswärme bzw. Erstarrungswärme wieder freigesetzt.

Stoffgemische

Stoffgemische

Die Materie liegt häufig nicht als einzelner reiner Stoff vor, sondern in Form von Stoffgemischen. Eine Übersicht über die Einteilung der Materie in Stoffe bzw. Stoffgemische gibt Abb. 1.1.

Es wird zwischen homogenen und heterogenen Gemischen unterschieden.

  • In einem Stoffgemische:h∗eterogene∗heterogenen Gemisch treten mehrere Phasen auf, z. B. Festkörper und Flüssigkeit oder auch zwei flüssige Phasen.

    • Ein Gemisch zweier flüssiger Phasen, z. B. Wasser und Öl, wird als EmulsionEmulsion bezeichnet. Im Alltag begegnen uns Emulsionen als Creme, Salbe oder Milch.

    • Ein AerosolAerosol ist das Gemisch fest-gasförmig oder flüssig-gasförmig. Nebel ist ein Aerosol, hier schweben kleine Flüssigkeitströpfchen in einem Gas. Auch Staub bildet, wenn er in der Luft verwirbelt wird, ein Aerosol.

  • In einem homogenenStoffgemische:h∗omogene∗ Gemisch tritt nur eine Phase auf. Beispiele sind die Legierungen von Metallen, mischbare Flüssigkeiten wie Wasser und Alkohol oder die Gasmischung der Luft.

    • Ein Eis/Wasser-Gemisch ist nach dieser Definition, obwohl es sich nur um einen Stoff in verschiedenen Aggregatzuständen handelt, ebenfalls ein heterogenes Gemisch, denn es treten verschiedene Phasen des Wassers nebeneinander auf.

Die Definition, ob ein System als homogen oder als heterogen bezeichnet wird, hängt auch von der Teilchengröße ab:

  • Im Falle von Lösungen wird das System bei kleinen, niedermolekularen Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 3nm als echte Lösung:e∗chte∗Lösung bezeichnet. Hier handelt es sich um ein homogenes System.

  • Bei Teilchengrößen von etwa 3–200nm werden die Begriffe kolloidale Lösung:k∗olloidale∗Lösung oder kolloid-dispers verwendet. Das Verhalten kolloid-disperser Lösungen ist verschieden von dem echter Lösungen. Es ist umstritten, ob eine kolloidale Lösung als homogen oder als heterogen einzustufen ist.

  • Wenn die Teilchen im Lichtmikroskop sichtbar sind, d. h. bei Teilchengrößen über 200 nm, wird das System als heterogen eingestuft. Ein solches Gemisch wird als grob-dispers oder als SuspensionSuspension bezeichnet. Ein Beispiel für eine Suspension sind Zellen in einer Nährlösung oder auch das menschliche Blut.

Ein Stoffgemisch lässt sich durch physikalische Methoden in seine Bestandteile trennen (Abb. 1.1). Es liegen dann reine Stoffe vor. Ein reiner Stoff Stoffe:r∗ein∗hat definierte physikalische Eigenschaften, wie Dichte, Schmelzpunkt, Brechungsindex usw. Die Eigenschaften eines Stoffgemischs sind dagegen nicht exakt definiert, sie hängen vom Mischungsverhältnis der Einzelbestandteile ab.
Bei dem reinen Stoff kann es sich um ein chemisches Element handeln. Er besteht dann nur aus einer einzigen Sorte von Atomen. Dagegen sind bei einer chemischen Verbindung die Bausteine des Stoffs Moleküle, die wiederum aus mehreren verschiedenartigen Atomen bestehen.
Zu einem Verständnis der Reaktionsmechanismen zu gelangen, d. h. die Frage, warum und zu welchen Verbindungen sich die Elemente zusammenschließen, die gezielte Synthese chemischer Verbindungen und die Analyse unbekannter Verbindungen sind das Arbeitsfeld des Fachgebiets Chemie.

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