Teilchenmodell

Mit dem Teilchenmodell haben wir ein Modell, das uns erlaubt Materie in fester, flüssiger oder gasförmiger Form vorzustellen. Mit Hilfe dieses Modell können auch mehrphasige Systeme (Suspensionen, Emulsionen, Schäume, Aerosole etc.) gut modelliert und erklärt werden.

Als Teilchen verstehen wir ein Atom oder Molekül. Es wird meistens als farbige Kugel dargestellt. Die Farbe und die Form hat jedoch keinerlei Bedeutung, sondern hilft vielmehr die Teilchen einer Sorte von denjenigen einer anderen Sorte zu unterscheiden.

Im Teilchenmodell gilt zudem der Grundsatz, dass einzelne Teilchen nicht sichtbar sind, da sie zu klein sind. Sobald wir aber eine Kombination von mehreren Teilchen haben, z.B. als Feststoff-Partikel oder als Flüssigkeitstropfen, dann ist das Partikel oder der Tropfen sichtbar, auch wenn sie nur aus wenigen Teilchen bestehen. In Realität wäre ein solches Partikel oder ein solcher Tropfen natürlich erst ab einer Ansammlung von Millionen von Atomen effektiv sichtbar, selbst unter einem Mikroskop. Im Modell sind wir uns dessen bewusst und zeichnen aus praktischen Gründen aber nur ein paar wenigen Teilchen.

Festkörper

Festkörper werden im Teilchenmodell als Kristall gezeichnet. Die Teilchen werden regelmässig angeordnet und in engem Kontakt gezeichnet. Die Struktur des Kristalls braucht nicht der effektiven Kristallstruktur zu entsprechen. Es geht mehr darum anzudeuten, dass es sich um einen Feststoff handelt. In Realität sind Feststoffe oft Mehrkristalle, d.h. sie bestehen aus mehreren Kristallen, die ”zusammengeschweisst” sind. Viele Feststoffe haben auch eine nicht-kristalline Struktur. Im Teilchenmodell reicht uns aber die Andeutung, dass wir einen Feststoff haben und zeichnen die kristalline Struktur auch für nicht-kristalline Feststoffe.

In der obigen Grafik sind zusätzlich zu den Teilchen noch die Bindungen zwischen den Teilchen gezeichnet. Mit dem doppelten Strich wird darauf hingewiesen, dass es sich um eine starke Bindung handelt. Im Teilchenmodell werden Bindungen im Normalfall nicht gezeichnet.

Beachte, dass im Festkörper die einzelnen Teilchen an ihrem Platz ”gefangen” sind. Sie haben immer die gleichen Nachbarn, die sich nie abwechseln. 

Flüssigkeit

Im Gegensatz zu Festkörpern, sind Flüssigkeiten dadurch gekennzeichnet, dass wir keine Kristallstruktur mehr haben. Die Festkörperbindung ist aufgebrochen und die Teilchen können sich beschränkt bewegen. Sie sind unregelmässig angeordnet, aber immer noch in engem Kontakt mit den anderen Teilchen im Tropfen.

Auch in der Flüssigkeit gibt es eine Bindung, die die Teilchen zusammenhält. Sie ist auch der Grund, warum die Teilchen einen Tropfen bilden und nicht einfach auseinanderdriften. Die Bindung in der Flüssigkeit erlaubt aber, anders als die Bindung im Festkörper, dass sich die Teilchen innerhalb des Tropfens bewegen und abwechseln können. Es ist somit nicht mehr so, dass die Nachbarn fix bleiben.

Gas

Das Gas im Teilchenmodell wird mit freien, bindungslosen Teilchen dargestellt, die einzeln herumfliegen. Es entspricht weitgehend dem Fall eines idealen Gases. Weil die Teilchen einzeln fliegen, gilt das Gas als transparent.