Modelle und Modellvorstellungendienen zur Erklärung von Theorien.
In den vorausgegangenen Kapiteln haben wir versucht, die Eigenschaften der Stoffe möglichst eindeutig zu beschreiben. Damit begnügt sich die Chemie aber nicht. Sie versucht vielmehr, die an den untersuchten Stoffen beobachteten Eigenschaften und Vorgänge zu erklären. Dazu bedient sie sich einfacher Modelle oder Modellvorstellungen. Wir müssen beachten: Jedes Modell und jede Modellvorstellung ist nur innerhalb eines bestimmten Bereiches gültig. Nach Demokrit (460 - 370 v.Chr.) bestehen alle Stoffe aus winzigen, unteilbaren (griechisch = atomos) Teilchen, die er Atome nannte.
Jedes Modell kann nur bestimmteErscheinungen der Natur erklären (Grenzen des Modells!).Dalton-Modell: Die Stoffe bestehenaus unsichtbaren Teilchen.Ein Entscheidender Schritt bei der Klärung des Feinbaus der Stoffe gelang dem Engländer John Dalton (1766 - 1844). Die Tatsache, dass Stoffe in den Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig auftreten können, erklärte er so: Alle Stoffe bestehen aus einer ungeheuren Anzahl von äußerst kleinen Teilchen. Diese sind miteinander durch eine stärkere oder schwächere Anziehungskraft verbunden. Nach dieser Modellvorstellung von Dalton sind bei Feststoffen die Teilchen stark, bei Flüssigkeiten geringer und bei Gasen nicht mehr miteinander verbunden.
50 ml Methanol und 50 ml Wasserwerden in einem Meßzylinder vermischt und das Volumen der erhaltenen Mischung genau abgelesen. 
Ein Gefäß mit 500 mlInhalt ist mit großen Kugeln, ein weiters 500 ml - Gefäß mit kleinen Kugeln gefüllt. Man vermischt denInhalt beider Behälter in einem 1 L-Meßzylinder durch Umschütten. Volumenkontrolle!Eine Hilfe, sich den atomaren Feinbau der Stoffe leichter vorzustellen, bieten die Versuche und sowie die Abb. 4.1 und 4.2. Wenn in ein Gefäß mit 50 l Wasser weitere 50 l Wasser geschüttet werden, erhält man zweifellos 100 l Wasser. Um so mehr überrascht die Tatsache, dass beim Zusammengießen von Wasser und Alkohol eine Volumenverminderung eintritt. Bevor wir eine Erklärung dieses überraschenden Befundes suchen, wollen wir uns einen Modellversuch ansehen.
beobachteten Erscheinungen. Dazu werden Kugeln verschiedener Größe vermischt.Wir beobachten beim Vermischen der großen und kleinen Kugeln auch eine Volumenverminderung. Der Befund ist ohne Schwierigkeiten zu deuten, denn wir konnten selbst sehen, wie sich die kleinen Kugeln in die Räume zwischen den großen Kugeln verteilt haben. Betrachten wir die Gefäße mit den Kugeln aus größerer Entfernung, so sehen wir einen Behälter mit scheinbar einheitlichem Inhalt. Von einzelnen Kugeln ist nichts mehr zu sehen. Sollte beim Vermischen des Wassers mit Alkohol etwas Ähnliches vorgehen? Das Dalton-Modell vom Aufbau der Stoffe kann diese Erscheinung erklären: Die kleineren Teilchen des Wassers haben sich mit den größeren Teilchen des Alkohols ähnlich vermischt wie die verschieden großen Kugeln im Modellversuch.
Im Jahre 1827 machte der englische Botaniker Robert Brown (1773-1858) bei der Untersuchung von Blütenstaub unter dem Mikroskop eine interessante Beobachtung. Die in einen Tropfen Wasser gebrachten Blütenstaubkörner zeigten eine unregelmäßige Bewegung (Abb. 4.3). Diese Beobachtung kann bei entsprechender Vergrößerung an zahlreichen anderen Objekten ebenfalls gemacht werden. Nach ihrem Entdecker nennt man diese Zitterbewegung von Teilchen Brownsche Bewegung. Sie beruht darauf, dass die nicht sichtbaren Teilchen einer Flüssigkeit in ständiger Bewegung sind. Die Flüssigkeitsteilchen stoßen häufig miteinander zusammen, aber auch an die viel größeren Blütenstaubkörner, die dadurch bewegt werden. Beim Erwärmen wird die Teilchenbewegung immer stärker, während sie beim Abkühlen immer schwächer wird. Auch die Teilchen eines Festkörpers sind in Bewegung; sie schwingen um eine bestimmte Ruhelage. Diese Eigenbewegung der Teilchen wird deshalb Wärmebewegung genannt.
In einem Reagenzglaswird etwas Naphthalin vorsichtig erhitzt. Schmelzpunkt: 80°C; Siedepunkt: 218°C.Im festen Zustand hat ein Stoff eine bestimmte Form. Denn in einem Feststoff sind die Teilchen an bestimmte Plätze gebunden. Sie können sich nur in Form einer pendelartigen Schwingung auf diesen Plätzen bewegen. Beim Abkühlen wird diese immer geringer, um beim absoluten Nullpunkt praktisch ganz zum Stillstand zu kommen. Durch Erwärmen vergrößert sich diese Bewegung; sie kann so stark werden, dass die Teilchen ihre Plätze verlassen: der Stoff wird flüssig, er schmilzt. Beim Abkühlen wird er wieder fest, er erstarrt.
Zustandsänderungen:Schmelzen - Sieden - Kondensieren - Erstarren.Die Teilchen von Flüssigkeiten sind leicht gegeneinander verschiebbar und gleiten aneinander vorbei. Flüssigkeiten haben deshalb keine feste Form mehr. Die Kräfte, die sie zusammenhalten, sind geringer als bei den Feststoffen. Beim Erhitzen kann die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsteilchen so heftig werden, dass diese die Flüssigkeit verlassen: der Stoff siedet, er geht in den Gaszustand über. Die Teilchen der Gase sind ohne einen erkennbaren Zusammenhalt und daher frei beweglich. Die Gasteilchen bewegen sich völlig regellos im Raum, prallen dabei häufig gegeneinander (ca. eine Milliarde mal pro Sekunde und Teilchen), außerdem auch gegen die Wände des sie einschließenden Behälters. Beim Abkühlen nimmt die Geschwindigkeit der Gasteilchen ab; sinkt die Temperatur weiter, so kondensiert das Gas.
Warum darf eine Garage nicht mit offenem Feuer betreten werden?Verdunsten: Übergangeiner Flüssigkeit in den Dampfzustand unterhalb des Siedepunkts.
Welche Bedeutung hat derSchweiß für die Regulierung der Körpertemperatur?
In ein Reagenzglas werdeneinige Jodkriställchen eingeschmolzen. Dann wird an einer kleinen Brennerflamme (Sparflamme) leicht erwärmt.Sublimieren: Übergang vomfesten Zustand in den Dampfzustand.Die Wärmebewegung der Teilchen eines bestimmten Stoffes ist nicht bei allen gleich; die einen bewegen sich langsam, die anderen schneller. Teilchen einer Flüssigkeit, die sich besonders rasch bewegen, können die Flüssigkeit verlassen und in die umgebende Luft übergehen. Diese Erscheinung nennen wir Verdunsten. Dabei geht eine Flüssigkeit bereits unterhalb des Siedepunktes in den Dampfzustand über.
Schon bei schwachem Erwärmen geht festes Iod, ohne vorher zu schmelzen, in den Dampfzustand über. Die Erscheinung des Übergangs vom festen in den gasförmigen Zustand nennt man Sublimation. Beim Erkalten des violetten Joddampfes entstehen wieder feine Jodkriställchen. Auch hier wird der flüssige Zustand übersprungen; dieser Vorgang wird Resublimation genannt.
