Atom, Moleküle und deren Größenvorstellung Physik Klasse 7

Hier gebe ich mit einfachen Worten eine Einführung in Atome und Moleküle.

Fest, flüssig, gasförmig

Wir kennen feste, flüssige und gasförmige Körper. Aber worin besteht der Unterschied zwischen fest, flüssig und gasförmig? Dazu müssen wir mehr über das innere Gefüge der Körper wissen.

Die kleinsten Teilchen, Atome

Um zu untersuchen, woraus Körper im Inneren bestehen, zerlegen wir als erstes einen Körper.

Versuch:

Wir spannen einen Nagel ein und bearbeiten ihn mit der Feile. Dabei beobachten wir, dass die Späne ebenfalls Eisenteilchen sind. Sie werden ebenso wie der Nagel von einem Magneten angezogen.

Gedankenexperiment:

Was würde geschehen, wenn wir die Eisenteilchen beliebig weiter zerkleinern könnten?
Darüber haben schon die Griechen vor über 2000 Jahren nachgedacht.
Sie kamen zu zwei verschiedenen Vorstellungen:

1. Entweder gibt es kleinste Teilchen (Daher stammt das Word Atom. Es bedeutet nicht teilbar.)
2. Oder es gibt keine kleinsten Teilchen, man kann beliebig oft teilen

Was stimmt nun?

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde die Existenz kleinster Teilchen experimentell nachgewiesen. Deshalb wir wissen heute, alle Körper bestehen aus kleinsten Teilchen. Mit anderen Worten: Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen, etc.
Wie groß sind die kleinsten Teilchen aber nun?

Größe von Wassermolekülen:

Wir lösen etwas Zucker in Wasser auf. Während der Zucker sich auflöst, können wir beobachten, dass er sich in seine kleinsten Teilchen zerlegt. Diese vermischen sich mit den kleinsten Teilchen des Wassers. Zucker und Wasserteilchen sind so klein, dass man sie mit dem bloßen Auge nicht erkennen kann.

Durchmesser von Wassermolekülen:  3 * 10^-10.
Ein Liter Wasser enthält ca. 33 * 10²⁴ Teilchen.

Größenvorstellung und Anordnung der Atome

Größenvorstellung von Atomen:

Ein Punkt enthält ca. eine Billiarde 10¹⁵ Atome ( 1/2 Mio. pro Mensch).
Wenn wir die Atome aus einem Fingerhut voll Wasser auf Stecknadelköpfe vergrößern, würden sie ganz Deutschland etwa 300 m hoch bedecken.

Wie sind die Teilchen in den Körpern angeordnet?

Versuche:

Wir verbiegen einen Nagel, was viel Kraft kostet.
Dann stecken wir den Nagel in ein Glas mit Sand.
Danach stecken wir den Nagel in ein Glas gefrorenen Sand.

Merke:

In Festkörpern haben die Teilchen bestimmte Plätze und halten sich darauf gegenseitig fest.
(Ein Nagel lässt sich nur mühsam verformen oder zerspanen).
In Flüssigkeiten können die Teilchen dagegen leicht gegeneinander verschoben werden.
(Wasser lässt sich sehr leicht umrühren).
In Gasen sind die Teilchen voneinander unabhängig und bewegen sich sehr schnell.
(Der Geruch einer Stinkbombe verteilt sich sehr schnell im ganzen Raum).

Zusammenfassung:

Alle Körper bestehen aus einzelnen Teilchen. Diese sind sehr klein, mit anderen Worten Mikroteilchen (mikro = kleinst). In Festkörpern sitzen die Mikroteilchen an bestimmten Plätzen fest. Dagegen können sie in Flüssigkeiten ihre Plätze wechseln. In Gasen können sie sich außerdem frei bewegen.

Zehnerpotenzen

Um eine Vorstellung von der Größe eines Wassermoleküls zu kommen, braucht man Zehnerpotenzen.
Theorie dazu findest du hier: Potenzen, Wurzeln und ihre Rechengesetze
Siehe auch Tabellen zum Umrechnen von Zehnerpotenzen, Längen, Flächen, Volumen.

Darstellung von Zahlen als Zehnerpotenz

Physikalische Größen dargestellt als 10er Potenzen

Durchmesser eines Wassermoleküls:

1 Liter Wasser enthält also:

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Hier findest du  eine Übersicht über weitere Beiträge zum Thema Mechanik, Festkörper und Flüssigkeiten, darin auch Links zu Aufgaben.