Teilchen als Modell

Teilchen als Modell Übung

• Bestimme, in welchen Abbildungen Wasser im Teilchenmodell dargestellt wird.

  Tipps

  Es gibt zwei richtige Antworten.

  Wir stellen uns die Teilchen eines Modells als harte, unteilbare Kugeln vor.

  Wir nutzen Modelle, um uns die Anordnung und Bewegung der Teilchen besser veranschaulichen zu können.

  Lösung

  Die Modelleisenbahn, der Globus, das Spielzeugauto – das alles sind Modelle.
  Wir nutzen Modelle, um uns Dinge und Phänomene besser vorstellen und erklären zu können.

  Das Teilchenmodell soll die Anordnung von Atomen und Molekülen in einem Stoff beschreiben. Folgende Grundaussagen treffen dabei zu:

  • Jeder Stoff ist aus Teilchen zusammengesetzt. Diese stellen wir uns als kleine, unteilbare Kugeln vor.
  • Die Teilchen gleicher Stoffe sehen auch gleich aus. Das bedeutet, sie sind gleich groß und gleich schwer.
  • Zwei unterschiedliche Stoffe haben verschiedene Teilchen. Das heißt, sie unterscheiden sich in Größe und Gewicht. Goldteilchen sind zum Beispiel größer und schwerer als Wasserteilchen.
  • Außerdem können die Teilchen unterschiedlich angeordnet sein: Streng symmetrisch in einem Gitter wie beispielsweise bei einem Eiswürfel oder wild durcheinander wie es beispielsweise bei flüssigem Wasser der Fall ist.
  • Dabei sorgen die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen dafür, dass ein Stoff nicht auseinanderfällt.
  • Zwischen den Teilchen befindet sich nur leerer Raum.
  • Teilchen stehen nicht einfach still, sondern sind ständig in Bewegung.

• Stelle die Grundaussagen des Teilchenmodells dar.

  Tipps

  Die Teilchen verschiedener Stoffe unterscheiden sich.

  Lösung

  Das Teilchenmodell geht davon aus, dass jeder Stoff, also wirklich jegliche Materie, aus Teilchen zusammengesetzt ist. Das können die Atome eines Elements sein, wie bei Gold, oder die Moleküle einer Verbindung, wie bei Wasser.
  Wir stellen uns Teilchen als harte, unteilbare Kugeln vor, die innerhalb eines Stoffes alle gleich aussehen. Das heißt, sie sind gleich groß und gleich schwer. Um zwei Stoffe zu unterscheiden, nehmen wir an, dass die Teilchen zweier Stoffe unterschiedlich groß und unterschiedlich schwer sein können. Goldteilchen sind zum Beispiel größer und schwerer als Wasserteilchen.
  Außerdem können die Teilchen – je nach Stoff – unterschiedlich angeordnet sein: streng symmetrisch, wie in einem Gitter, oder wild durcheinander, wie es bei Flüssigkeiten wie Wasser der Fall ist. Das hängt mit den Anziehungskräften zusammen, die es zwischen den Teilchen gibt.
  Teilchen stehen nicht einfach still, sondern sind ständig in Bewegung. Sie schwingen auf ihren Plätzen hin und her und können sogar aneinander vorbeigleiten. Zwischen den Teilchen befindet sich nichts als leerer Raum.

• Erkläre das Teilchenmodell anhand dieser zwei Experimente.

  Tipps

  Die Bewegungsgeschwindigkeit der Teilchen ist abhängig von der Temperatur.

  Drei Textelemente bleiben übrig.

  Lösung

  1. Experiment: Wenn wir 50 ml Wasser und 50 ml Ethanol, also reinen Alkohol, zusammenkippen, dann kommen wir nicht auf 100 ml, sondern auf 97 ml. Dieses Phänomen können wir mit dem Teilchenmodell erklären: Die Wasserteilchen sind kleiner als die Ethanolteilchen und füllen deshalb die Zwischenräume.

  2. Experiment: Geben wir einen Teebeutel in heißes Wasser, verteilt sich der Tee von ganz allein, selbst wenn wir gar nicht umrühren. Auch das erklärt das Teilchenmodell: Teilchen sind ständig in Bewegung – in Flüssigkeiten und Gasen stärker als in Feststoffen. Das nennt man brownsche Molekularbewegung. Diese Bewegung ist umso stärker und schneller, je höher die Temperatur ist. Die Wanderung der Teeteilchen vom Ort hoher Konzentration, also dort, wo viele sind, zum Ort niedriger Konzentration nennt man Diffusion.

• Zeige auf, was auf Teilchenebene passiert, wenn wir einen Eiswürfel auf eine heiße Herdplatte legen.

  Tipps

  Das ist die Anordnung der Teilchen im festen Aggregatzustand.

  Das ist die Anordnung der Teilchen im flüssigen Aggregatzustand.

  Und das ist die Anordnung der Teilchen im gasförmigen Aggregatzustand.

  Sortiere zunächst die Aggregatzustände von fest zu gasförmig. Überlege anschließend, welche Änderung in der Anordnung der Teilchen damit einhergeht.

  Lösung

  Wenn wir einen Eiswürfel auf eine heiße Herdplatte legen, dann passiert augenscheinlich nicht viel: Der Eiswürfel schmilzt. Auf der „Stoffebene“ können wir lediglich feststellen, dass das Wasser vom festen in den flüssigen bzw. gasförmigen Aggregatzustand übergeht. Auf der „Teilchenebene“ ist allerdings deutlich mehr los:

  • Im Eis sitzen die Teilchen auf festen Positionen. Sie bewegen sich kaum.
  • Aufgrund der Wärmezufuhr fangen sie an, stärker zu schwingen, bis sie schließlich aus dem Gitter ausbrechen.
  • Das Eis verflüssigt sich zu Wasser.
  • Durch noch mehr Wärme nimmt die Bewegungsenergie der Wasserteilchen weiter zu.
  • Sie überwinden schließlich jegliche Anziehungskräfte, sodass die Teilchen sich frei im Raum bewegen.
  • Die Wasserteilchen steigen als Wasserdampf in die Luft.

• Gib an, welche Stoffe aus Teilchen bestehen.

  Tipps

  Es gibt zwei richtige Aussagen.

  Lösung

  Das Teilchenmodell geht davon aus, dass jeder Stoff, also wirklich jegliche Materie, aus Teilchen zusammengesetzt ist. Das können die Atome eines Elements sein, wie bei Gold, oder die Moleküle einer Verbindung, wie bei Wasser. Somit bestehen sowohl Feststoffe als auch Flüssigkeiten und Gase aus Teilchen. Dabei unterscheiden sich verschiedene Stoffe in ihrer Größe und in ihrem Gewicht. Goldteilchen sind zum Beispiel größer und schwerer als Wasserteilchen.
  Außerdem können die Teilchen – je nach Stoff – unterschiedlich angeordnet sein: streng symmetrisch, wie in einem Gitter, oder wild durcheinander, wie es bei Flüssigkeiten wie Wasser der Fall ist. Das hängt mit den Anziehungskräften zusammen, die es zwischen den Teilchen gibt.

• Charakterisiere die Aggregatzustände anhand des Teilchenmodells.

  Tipps

  Das ist die Anordnung der Teilchen in einem Feststoff.

  Lösung

  Die Teilchen können – je nach Stoff und Aggregatzustand – unterschiedlich angeordnet sein: streng symmetrisch, wie in einem Gitter, oder wild durcheinander, wie es bei Flüssigkeiten wie Wasser der Fall ist. Das hängt mit den Anziehungskräften zusammen, die es zwischen den Teilchen gibt. Diese sorgen dafür, dass ein Stoff nicht auseinanderfällt. Teilchen stehen nicht einfach still, sondern sind ständig in Bewegung. Allerdings unterscheiden sich diese Eigenschaften auch je nach Aggregatzustand.
  
  $\underline{\text{Fest}}$

  • Anordnung der Teilchen: im Gitter geordnet
  • Bewegung der Teilchen: kaum beweglich
  • Abstände zwischen den Teilchen: sehr klein
  • Anziehungskräfte: stark

  
  $\underline{\text{Flüssig}}$

  • Anordnung der Teilchen: wenig geordnet
  • Bewegung der Teilchen: leicht beweglich
  • Abstände zwischen den Teilchen: klein
  • Anziehungskräfte: gering

  
  $\underline{\text{Gasförmig}}$

  • Anordnung der Teilchen: ungeordnet
  • Bewegung der Teilchen: frei beweglich im Raum
  • Abstände zwischen den Teilchen: groß
  • Anziehungskräfte: kaum