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• Allgemeine und Anorganische Chemie wird von Prof. Dr. Herbert Riepl gelehrt.
• Der Fokus liegt auf dem Wesen der Stoffe.
• Inhalt 1.0 behandelt die Vielfalt des Auftretens von Materie, insbesondere die verschiedenen Phasen.

Vielfalt des Auftretens von Materie: Phasen

• Stoffe lassen sich in verschiedene Aggregatzustände einteilen: fest, flüssig und gasförmig.
• Übergänge zwischen den Aggregatzuständen sind:
  • Schmelzen (fest zu flüssig)
  • Erstarren (flüssig zu fest)
  • Sieden (flüssig zu gasförmig)
  • Kondensieren (gasförmig zu flüssig)
  • Sublimieren (fest zu gasförmig)
  • Resublimieren (gasförmig zu fest)
• Phase ist ein Begriff für die physische Erscheinung einer Substanz.
• Wasser kann in drei Phasen auftreten:
  • Dampf (Gasphase)
  • Eis (Festphase)
• Anaximenes erklärte, dass sich Stoffe durch Verdichtung und Verdünnung unterscheiden.

Historischer Überblick: Modell der Materie: Zerlegung in Atome

• Demokrit, ein griechischer Zeitgenosse der Druiden, entwickelte ein frühes Atommodell.
• Demokrit fragte sich, wie oft man Materie teilen kann.
• Materie besteht aus kleinsten Teilchen und ist nicht aus "Nichts" aufgebaut.

Modell der Materie: Wie die Vielfalt der Materie erklären?

• Aristoteles sah die Vielfalt der Materie in ihren unterschiedlichen Eigenschaften.
• Eigenschaften sind z.B.: Aussehen (siehe Form und Farbe), Reaktionsverhalten, Längenausdehnung, Siedepunkt, Schmelzpunkt, Viskosität, Geruch, Dichte, Löslichkeit, Brechungsindex und Dampfdruck.
• Platon glaubte, dass die Grundlage der Materie Mischungen von vier "Elementen" (Timaios) sind.
• Diese Elemente haben die Gestalt idealer geometrischer Körper.

Modelle der Materie: Vielfalt der Phasen als Teilchenanordnungen

• Die Phasenvielfalt wird durch die Anordnung der Teilchen beeinflusst.
• Gase haben fast keine Zwischenmolekularen Kräfte (ZMK).
• Flüssigkeiten haben schwache Zwischenmolekularen Kräfte (ZMK).
• Kristalle haben relativ starke Zwischenmolekularen Kräfte (ZMK).
• Flüssigkristalle sind Materialien, bei denen die Moleküle eine Ausrichtung haben.

Gesetze der Phasen: Phasendiagramm

• Phasendiagramme zeigen die Abhängigkeit der Phasen von Druck und Temperatur.
• Wasser existiert als Eis, Wasser und Wasserdampf.
• Der Tripelpunkt ist der Punkt, an dem alle dreiPhasen im Gleichgewicht stehen (0,01 °C, 0,006 bar).
• Der kritische Punkt ist die bestimmung des Punktes, an dem flüssige und gasförmige Phase nicht mehr zu unterschieden sind.
• Das Wasserdampf existiert bei hohem Druck von (221 bar) und hohen Temperaturen (374 °C) am kritischen Punkt.

Gesetze der Phasen: Gase - Gasgesetz

• Das allgemeine Gasgesetz ist p₁V₁/T₁ = p₀V₀/T₀.
• Beispiele für ideale Gase sind Neon (Ne), Argon (Ar), Wasserstoff (H₂) und Methan (CH₄).
• Das ideale Gasgesetz lautet pV = nRT = const, wobei p ~ 1/V.
• R ist die Gaskonstante und n die Stoffmenge (Molzahl).
• Bei Erhöhung des Volumens wird "Kompressionswärme" frei, die der Bewegungsgeschwindigkeit der Teilchen entspricht.

Gesetze der Phasen: Verflüssigung von Gasen

• Nicht-ideale Gase wie Kohlendioxid (CO₂) und Wasserdampf lassen sich leicht verflüssigen.
• Kohlendioxid kann in Gasflaschen in flüssiger Form enthalten sein.
• Im Bereich des Siedepunktes folgen nicht-ideale Gase nicht dem idealen Gasgesetz.
• Beispiele für ideale Gase sind Stickstoff, Luft, Helium und Wasserstoff.

Gesetze der Phasen: Phasenübergänge - Wärme

• Es gibt Phasenübergänge und Wärme.
• Um Materie zu schmelzen oder zu verdampfen, benötigt man Energie.
• Energie, um 1 kg zu verdampfen, wird als Verdampfungswärme bezeichnet.
• Die Energie, um 1 kg zu schmelzen, wird als Schmelzwärme bezeichnet.

Gesetze der Phasen: Wärme – Materie - Bewegung von Teilchen

• Robert Mayer (1814-1878) erkannte und formulierte das Gesetz von der Erhaltung der Energie.
• Er fand den Arbeitswert der Wärme zuerst.
• Energie ist in verschiedene Formen wandelbar: elektrische/thermische sowie kinetische/potentielle Energie.
• Es geht aber keinerlei Energie verloren.
• Wärmeenergie ist die Bewegungsenergie der Materieteilchen und beides ist ineinander wandelbar.