30 Tage kostenlos testen

Überzeugen Sie sich von der Qualität unserer Inhalte.

Teilchenmodell der Materie

Du möchtest schneller & einfacher lernen?

Dann nutze doch Erklärvideos & übe mit Lernspielen für die Schule.

Kostenlos testen
Bewertung

Ø 5.0 / 2 Bewertungen

Die Autor*innen
Avatar
Team Digital
Teilchenmodell der Materie
lernst du in der Unterstufe 2. Klasse - 3. Klasse - 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse

Grundlagen zum Thema Teilchenmodell der Materie

Inhalt

Das Teilchenmodell in der Physik

Wahrscheinlich sitzt du gerade an einem Schreibtisch. Und bestimmt hast du auch ein Blatt Papier in deiner Nähe. Du könntest dieses Papier nehmen und es in der Mitte zerschneiden. Dann könntest du eine der beiden Hälften nehmen und sie wiederum mit einer Schere halbieren. Und auch diese Hälfte, also ein Viertel des ursprünglichen Blattes, könntest du halbieren. Aber könntest du diesen Prozess unendlich oft wiederholen? Diese Frage haben sich schon Menschen vor über 2000 Jahren gestellt und damit den ersten Schritt auf dem Weg zur Entdeckung des Teilchenmodells der Materie gemacht. Was es damit auf sich hat, wollen wir uns im Folgenden anschauen.

Teilchenmodell – Entwicklung und Definition

Die Frage, wie die Welt beschaffen ist, stellen sich die Menschen schon seit sehr langer Zeit. Die Vorstellungen der Antike weichen allerdings teilweise sehr stark von dem ab, was wir heute wissen. Bis etwa 600 v. Chr. gingen griechische Philosophen wie beispielsweise Thales von Milet davon aus, der Ursprung aller Dinge sei das Wasser. Auch die Ansicht, alles sei aus den Elementen Wasser, Feuer, Luft und Erde gebildet, war weit verbreitet.

Einer der ersten Menschen, der annahm, dass die Materie aus Teilchen zusammengesetzt sei, war Demokrit. Dieser lebte etwa um 400 v. Chr. und stellte sich dieselbe Frage wie wir: Kann man ein Stück Materie, zum Beispiel ein Stück Papier, beliebig oft zerkleinern?

Demokrit kam zu dem Schluss, dass dies nicht möglich sei. Irgendwann müsse man zu Teilchen kommen, die sich nicht mehr zerteilen ließen. Diese Teilchen seien die Bausteine der Materie. Er nannte diese Teilchen átomos, was im Griechischen das Unteilbare bedeutet. Demokrit glaubte, dass diese Teilchen alle aus derselben Ursubstanz bestünden, sich aber in Größe und Form unterschieden – je nachdem, welchen Stoff sie bildeten.

Der experimentelle Nachweis der Existenz solcher kleinsten Teilchen war erst zum Ende des 19. Jahrhunderts möglich. Zu Ehren der griechischen Philosophen, die bereits vor über 2000 Jahren ihre Existenz vorausgesagt hatten, wurden sie Atome genannt. Heute wissen wir sogar, wie Atome beschaffen sind und wie sie sich zu Molekülen zusammensetzen. Für das Teilchenmodell brauchen wir allerdings nur einige vereinfachte Annahmen.

Teilchenmodell – Definition

Im Teilchenmodell wird angenommen, dass alle Materie aus kleinsten Teilchen zusammengesetzt ist. Diese Teilchen sind für einen Stoff identisch – die Teilchen unterschiedlicher Stoffe unterscheiden sich aber voneinander in ihrer Größe und Masse. So sind zum Beispiel alle Sauerstoffteilchen gleich, aber ein Sauerstoffteilchen und ein Wasserstoffteilchen unterscheiden sich voneinander. Die Teilchen selbst werden als Kugeln angenommen. Die Kugeln sind in ständiger Bewegung, können zusammenstoßen und sich gegenseitig anziehen. Wie stark sie sich bewegen, hängt von ihrer Energie ab – die wiederum durch die Temperatur des Stoffes gegeben ist. Die Kugeln können sich auch miteinander verbinden.

Das Teilchenmodell und seine Bedeutung

Obwohl das Teilchenmodell eine Vereinfachung ist, können viele Experimente und Beobachtungen mit ihm erklärt werden. Wir wollen uns einige Beispiele anschauen.

Diffusion

Wenn wir einen Tee zubereiten oder ein wenig Tinte in ein Glas mit Wasser tropfen, brauchen wir nicht zu rühren – Tee und Tinte verteilen sich von ganz alleine. Insbesondere bei Tinte können wir diese Verteilung, die Diffusion genannt wird, sehr gut beobachten. Mithilfe des Teilchenmodells können wir dieses Verhalten erklären: Die einzelnen Teilchen sind aufgrund ihrer Temperatur in ständiger Bewegung und verteilen sich dadurch langsam. Je höher die Temperatur ist, desto schneller verteilt sich die Tinte im Wasser, weil die Bewegung der Teilchen dann stärker ist.

Brown'sche Bewegung

In der Mitte des 19. Jahrhunderts beobachtete der Botaniker Robert Brown unter einem Mikroskop, wie sich Rußpartikel und Blütenstaub in Wasser ruckartig in zufällige Richtungen bewegten und zitterten. Brown konnte sich diese Beobachtung zunächst nicht erklären. Im Fall des Blütenstaubs hatte er zunächst an eine lebendige Bewegung gedacht, was im Fall der Rußpartikel allerdings nicht sein konnte.

Die Erklärung zu diesem Phänomen fanden Albert Einstein und Marian Smoluchowski erst Anfang des 20. Jahrhunderts. Teilchen, die noch viel kleiner sind als die Rußpartikel oder der Blütenstaub, bewegen sich und stoßen diese ständig an. Diese viel kleineren Teilchen sind gerade die Teilchen, die wir auch im Teilchenmodell annehmen.

Teilchenmodell der Aggregatzustände

Auch die Aggregatzustände können mithilfe des Teilchenmodells erklärt werden. Wir hatten schon festgehalten, dass die Bewegung der Teilchen umso stärker wird, je höher die Temperatur ist. Ist die Temperatur sehr niedrig, können sich die Teilchen zu einem festen Körper verbinden.

Aggregatzustände

Steigt die Temperatur an, verstärkt sich die Bewegung und aus dem festen Körper wird eine Flüssigkeit. Und steigt sie noch weiter, wird die Flüssigkeit zu einem Gas. Mehr dazu erfährst du in unserem Video zu den Aggregatzuständen.

Schmelzen und Verdampfen

Das Teilchenmodell – Zusammenfassung

Wir fassen unsere wichtigsten Erkenntnisse zum Teilchenmodell noch einmal zusammen:

  • Alle Stoffe bestehen aus Teilchen.
  • Die Teilchen selbst sind nicht mehr teilbar.
  • Die Teilchen sind kugelförmig und befinden sich in ständiger Bewegung.
  • Zwischen den Teilchen wirken unterschiedliche Kräfte.
  • Das Teilchenmodell kann nicht erklären, warum unterschiedliche Stoffe unterschiedliche Eigenschaften haben.

Über das Video Das Teilchenmodell der Materie

In diesem Video wird dir das Teilchenmodell physikalisch einfach erklärt. Du erfährst, wie es entwickelt wurde und was wir mit dem Teilchenmodell erklären können. Das Video wird durch interaktive Übungen und ein Arbeitsblatt ergänzt.

Transkript Teilchenmodell der Materie

Seit 1931 die ersten „Elektronenmikroskope“ gebaut wurden, die solche Bilder wie von diesem winzigen Metallsplitter liefern, sind auch die Letzten überzeugt: „Jap, alles besteht aus kleinsten Teilchen.“ Lange Zeit sehr lange Zeit war dies aber nur eine Vorstellung unter vielen, die man nicht so recht beweisen konnte. Unter den vielen Völkern der Welt gab es auch so manch andere Idee, aus was die Dinge bestehen könnten. Auch die griechischen Philosophen waren sich nicht einig, und Demokrits „Atome“, die er vor circa zweitausendfünfhundert Jahren bekannt gemacht hat, konnten sich lange nicht durchsetzen. Heute aber haben wir ein „Teilchenmodell der Materie“, und das sehen wir uns mal an. Zuerst mal: Warum nennt man es „Modell“, obwohl die Teilchen doch wissenschaftlich bewiesen sind? Nun, nur weil es danach aussieht, dass Materie, also ein Stoff, tatsächlich aus kleinen Kügelchen aufgebaut ist, heißt das noch lange nicht, dass wir auch vollständig verstanden haben, was diese Kügelchen sind, wie sie sich Verhalten, und welche Eigenschaften des Stoffes daraus folgen. Wir formulieren also erstmal eine möglichst einfache „Modellvorstellung“ von unseren Teilchen, zum Beispiel: „Teilchen sind kleine, feste, unzerstörbare Kugeln und innerhalb eines Stoffes alle gleich.“ Und jetzt schauen wir, welche „Stoffeigenschaften“ sich damit erklären lassen. Manche Stoffe haben zum Beispiel die unangenehme Eigenschaft, auseinanderzufließen. Interessant ist auch, dass sich Flüssigkeiten vermischen – selbst wenn man gar nicht umrührt oder schüttelt. Die Teilchen der Flüssigkeit sind also offensichtlich in Bewegung, und es muss abstoßende Kräfte geben, die dazu führen, dass sich die Teilchen auseinanderbewegen. Manchmal tun das Flüssigkeiten aber auch gerade nicht – stattdessen bilden sich Tropfen. Es muss also auch anziehende Kräfte zwischen den Teilchen geben, die einen Tropfen zusammenhalten. Die Kräfte zwischen den Teilchen sind ganz entscheidend. Sie bestimmen, wie die Teilchen in einem Stoff angeordnet sind. In „Feststoffen“ wie Eisen oder Glas sitzen die Teilchen an festen Plätzen eng beieinander. Hier sind die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen stark. In „Flüssigkeiten“ wie Wasser oder Öl sind die Kräfte schwächer. Die Teilchen sind lockerer angeordnet und können zwischen ihren Plätzen hin- und herwechseln. In „Gasen“ wie Sauerstoff oder Kohlendioxid können sich die Teilchen völlig frei bewegen, sie spüren fast GAR keine Anziehungskräfte untereinander. Deshalb breiten sich Gase immer im gesamten Raum aus, der zur Verfügung steht. Die meisten Stoffe können mehrere oder sogar alle dieser Zustände annehmen. „Fest, flüssig und gasförmig“ sind die Aggregatzustand, die das beschreiben. Du kennst es zum Beispiel beim „Wasser“: Es kann auch als „Eis“ oder „Dampf“ vorliegen. Der Stoff ist der gleiche – nur die Anordnung der Teilchen ist unterschiedlich. Und du weißt bestimmt auch, was hier den entscheidenden Unterschied ausmacht: nämlich die Temperatur. Wie lässt sich das nun mit dem Teilchenmodell erklären? Das verdeutlicht ein Experiment, dass du auch selbst durchführen kannst. Du brauchst dafür nur zwei Teebeutel, zwei Gläser, ein bisschen kaltes Wasser für das eine, und heißes Wasser für das andere. Was beobachtest du, wenn du nun in jedes Glas einen Teebeutel hältst? Pausiere ruhig das Video und probier's aus! Unser Ergebnis: Der Tee im heißen Wasser breitet sich viel schneller aus. Die Teilchen bewegen sich bei höheren Temperaturen offenbar viel stärker und schneller. Aber auch im kalten Wasser tut sich mit der Zeit etwas. Und dabei sind die Inhaltsstoffe im Teebeutel doch Feststoffe! Die Teilchen sind also auch bei Feststoffen in Bewegung – selbst bei kalten Temperaturen. Tatsächlich ist es so: Teilchen sind in jedem Stoff ständig in Bewegung. Nur eben unterschiedlich stark, je nach Temperatur und Art des Stoffes. Das nennt man „Brown'sche Bewegung“, nach dem Wissenschaftler 1827 beschrieben hat. Dieser Begriff wird allerdings nur für Flüssigkeiten und Gase verwendet, denn in Feststoffen wackeln und schwingen die Teilchen in der Regel nur hin und her, ohne ihre festen Plätze zu verlassen. Ein Feststoff schmilzt, wenn die Temperatur gerade hoch genug ist, dass die Teilchen ausbrechen und sich freier bewegen können. Bei höheren Temperaturen wird die Bewegung noch stärker, bis das verdampfen einsetzt. jetzt können die Teilchen nur noch in einem geschlossenen Gefäß beieinander gehalten werden. Je nach Stoff sind die Temperaturen, bei denen das geschieht, aber unterschiedlich. Das kann unser Teilchenmodell mit lauter gleichen Kugeln nicht erklären. Dafür braucht es für jeden Stoff eine eigene Teilchensorte – das sind die „Atome“ und „Moleküle“, über die du in der Chemie noch einiges hören wirst. Wir begnügen uns erstmal mit dem, was wir haben, und fassen zusammen: Jegliche Materie und damit alle Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen. Zwischen den Teilchen gibt es anziehende und abstoßende Kräfte, die den Aufbau und das Verhalten eines Stoffes wesentlich bestimmen. Alle Teilchen sind ständig in Bewegung, je nach Temperatur und Stoff mal mehr und mal weniger. So können mit dem Teilchenmodell die Aggregatzustände und das Vermischen von Stoffen erklärt werden. Und die alten Griechen bleiben das beste Beispiel dafür, wie lange es manchmal dauern kann, bis sich eine gute Idee endlich durchsetzt.

30 Tage kostenlos testen
Mit Spaß Noten verbessern
und vollen Zugriff erhalten auf

4.009

sofaheld-Level

6.574

vorgefertigte
Vokabeln

10.231

Lernvideos

42.207

Übungen

37.304

Arbeitsblätter

24h

Hilfe von Lehrer*
innen

laufender Yeti

Inhalte für alle Fächer und Schulstufen.
Von Expert*innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.

30 Tage kostenlos testen

Testphase jederzeit online beenden