sind festkörper dichter als flüssigkeiten?
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u_ser-l schrieb:
Dichte = Masse/Volumen.
Eisen ist daher dichter ist als Wasser.
"inkompressibel" bezieht sich auf die Dichteänderung bei Druckänderung. Wasser ist näherungsweise(!) inkompressibel, aber nicht dichter als gewisse Festkörper.
wie sieht das aber auf atomarem level aus? ich stelle mir das so vor, dass flüssigkeiten hingehen können wo sie wollen, daher dichter sind.
angenommen dagegen, man hat nen festkörper aus 3 molekülen (gibts natürlich nicht aber anschauensweise). damit dieser stabiil bleibt und nicht auseinanderfliegt, muss das molekül in der mitte doch zwischen dein beiden äußeren hin und her gezogen werden, sodass die dichte niedriger wird. wo ist da mein denkfehler?
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Aber wo soll da der Unterschied zu einer 3-Molekuel-grossen Fluessigkeit sein? Die muss doch genauso stabil bleiben, wie du sagst.
Du stellst dir vielleicht vor, dass eine Fluessigkeit ja keine "Luecken" hat, in die noch etwas reinpassen koennte. Deine Fluessigkeit wuerde sofort diese "Luecken" fuellen indem sie hineinfliesst. Die Fluiditaet hat aber nicht gleich etwas mit der Dichte zu tun. Dichte ist sowieso erstmal Masse pro Volumen.
Was du wahrscheinlich auch eher meinst ist so etwas wie eine "Teilchendichte", also in etwa "Anzahl der Molekuele je Volumen". Und selbst in diesem Sinne sind Fluessigkeiten nicht die dichtesten Stoffe. Es gibt Festkoerper, die bringen eben mehr Teilchen auf dem gleichen Volumen unter als eine Fluessigkeit. Letztlich haengt es wohl von den intermolekularen Verbindungen ab, was der Stoff makroskopisch gesehen ist, ob also ein Festkoerper, eine Fluessigkeit oder ein Gas; mit der Teilchendichte hat das aber nicht unbedingt etwas zu tun.Hoffe, ich habe dich richtig verstanden.
/Edit: 2 kleine Rechtschreibfehler
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ARGH!
Die Inkompressibilität von Flüssigkeiten heißt NICHT(!), dass sie bei Druckänderung keine Volumenänderung erfahren. Es heißt auch NICHT(!) dass es schwerer zusammenzudrücken ist, als ein Festkörper. Der irreführende Begriff "Inkompressibilität" ist nur im Bezug zum Gas zu sehen, welches eine sehr hohe Kompressibilität hat.
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Also man kann natürlich nicht irgendeine Flüssigkeit mit irgendeinem Festkörper vergleichen. Klar ist flüssiges Eisen dichter als festes Wasser. Wenn man aber die gleichen Stoffe in ihrer festen und in ihrer Flüssigen Phase vergleicht, wird man feststellen, dass in der Regel die feste Phase dichter gepackt ist (wichtige Ausnahme: Wasser). Das liegt letztendlich an der thermischen Energie der einzelnen Moleküle. Je geringer diese ist, desto weniger zappeln die Teilchen und desto weniger Platz brauchen sie im Durchschnitt. Deshalb sind kalte Flüssigkeiten in der Regel auch dichter als die gleiche Flüssigkeit wenn man sie erhitzt. Im Festkörper kommt noch hinzu, dass die thermische Energie so gering ist, dass die Teilchen einen Kristall bilden, das heißt sich in regelmäßigen Mustern anordnen. Diese Art der Kugelpackung ist in der Regel deutlich besser als eine zufällige Verteilung wie man sie in einer Flüssigkeit hat.
Im übrigen will ich noch anmerken, dass es bei 3 Molekülen absolut keinen Sinn macht von Begriffen wie "Festkörper" und "Flüssigkeit" zu reden, die für die Beschreibung von makroskopischen Materieansammlungen verwendet werden.
Hoffe, die Frage richtig verstanden zu haben,
SeppJ
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Also afaik gilt für Wasser, das es bei 4 Grad am dichtesten ist, und es sich (leicht) ausdehnt, wenn es gefriert.
Dennoch sind die meisten Festkörper dichter als ihre jeweilige Flüssigkeit:
z.B. Eine Flüssigkeit hat i.d.R. mehr Wärme als ein entsprechender Festkörper der selben Substanz, da man sie ja erhitzen muss, damit sie sich verflüssigt.
Und damit sich die Atome bewegen können, brauchen sie Platz. Wärme führt also zur Ausdehnung der meisten Festkörper.
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Hier kommt noch ein Zusatz. Es gibt einige Stoffe, die sich als kristalline Festkörper in sogenannten dichtesten Kugelpackungen anordnen. Das heißt, dass die Atome derartige Positionen haben, dass man sie nicht dichter packen kann, falls man sie als feste Kugeln annimmt. Das betrifft alle Festkörper mit einer HCP (hexagonal closest packing) oder FCC (face centered cubic) Kristallstruktur. Auf wikipedia steht glaube ich bei jedem chemischen Element, welche Kristallstruktur ein entsprechender Festkörper hat. Ansonsten kommt Ihr da über ein paar Klicks auch über die sehr gute Seite http://www.webelements.com/ heran. Ihr könnt ja mal gucken, welche Elemente sich so anordnen.
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@op: An und für sich ist deine Logik denke ich schon in Ordnung, du vergisst dabei nur, dass die Flüssigkeiten nur Flüssigkeiten sind, weil sie eine bestimmte Temperatur erreicht haben. Das hält sie davon ab einfach "überall hin" zu fließen und somit den am wenigsten möglichen Platz einzunehmen.
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was in meiner logik einfach so viel heisst wie -> von allem generell am dichtesten
Deine Logik ist falsch.
ich stelle mir das so vor, dass flüssigkeiten hingehen können wo sie wollen, daher dichter sind
Ich stelle mir auch so manchmal was vor ... leider ist es nicht wahr.
dass eine Fluessigkeit ja keine "Luecken" hat
Fluessigkeiten koennen "Luecken" haben. Salz kann auch in Wasser geloest werden ohne sein Volumen zu vergroessern.
@op: An und für sich ist deine Logik denke ich schon in Ordnung, du vergisst dabei nur, dass die Flüssigkeiten nur Flüssigkeiten sind, weil sie eine bestimmte Temperatur erreicht haben. Das hält sie davon ab einfach "überall hin" zu fließen und somit den am wenigsten möglichen Platz einzunehmen.
Nein! Wuerde man diesen Gedanken fortfuehren, so waeren Gase auch nur warme Festkoerper. Aber um festes Helium zu bekommen, muss man schon betraechtlichen Aufwand betreiben. Interessant waere es vielleicht auch, wie dicht ein Heliumgas im Grundzustand in der Praxis ist.
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knivil schrieb:
@op: An und für sich ist deine Logik denke ich schon in Ordnung, du vergisst dabei nur, dass die Flüssigkeiten nur Flüssigkeiten sind, weil sie eine bestimmte Temperatur erreicht haben. Das hält sie davon ab einfach "überall hin" zu fließen und somit den am wenigsten möglichen Platz einzunehmen.
Nein! Wuerde man diesen Gedanken fortfuehren, so waeren Gase auch nur warme Festkoerper. Aber um festes Helium zu bekommen, muss man schon betraechtlichen Aufwand betreiben. Interessant waere es vielleicht auch, wie dicht ein Heliumgas im Grundzustand in der Praxis ist.
wieso? meinem verständnis nach (natürlich lass ich mich gerne berichtigen) werden flüssigkeiten nur flüssigkeiten und durch noch höhere temperatur später gase, weil ihre eigene kinetische energie die bindungsenergie zwischen den einzelnen molekülen überschreitet, so dass sie als Gase nur noch wild umherschießen.
Mit "warmen Festkörpern" hat das natürlich nichts zu tun, als Festkörper sind die Moleküle einfach nur relativ sicher "gebunden", da sie durch Elektronenbindungen irgendwelcher Art "festgehalten" werden [natürlich ist das nicht so, wie man es aus dem Alltag kennt zu sehen, ist ja natürlich nicht so, dass die Elektronen auf einmal an einer Position stillstehen]. Bei Festkörpern eben so stark, dass sie einer Fernordnung unterliegen und bei Flüssigkeiten eben so, dass sie nur noch einer Nahordnung unterliegen, also wie z.B. beim Wasser Ketten bilden, aber keine "makroskopisch beobachtbare" Struktur (wie z .B. nen Würfeln oder ähnliches) mehr bilden. Bei Gasen bilden sich dann eben überhauptkeine Strukturen mehr und sie bewegen sich aufgrund ihres starken "herumwackelns" weit weg voneinander.
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knivil schrieb:
@op: An und für sich ist deine Logik denke ich schon in Ordnung, du vergisst dabei nur, dass die Flüssigkeiten nur Flüssigkeiten sind, weil sie eine bestimmte Temperatur erreicht haben. Das hält sie davon ab einfach "überall hin" zu fließen und somit den am wenigsten möglichen Platz einzunehmen.
Nein! Wuerde man diesen Gedanken fortfuehren, so waeren Gase auch nur warme Festkoerper. Aber um festes Helium zu bekommen, muss man schon betraechtlichen Aufwand betreiben. Interessant waere es vielleicht auch, wie dicht ein Heliumgas im Grundzustand in der Praxis ist.
Naja, es ist schon so, dass Materie abhängig von Temperatur und Druck in unterschiedlichen Phasen vorliegen kann. Siehst Du ja bei Wasser. Unter 0°C ist es fest, über 100°C ist es gasförmig. Und letztendlich gibt es natürlich noch ein paar andere Phasen in irgendwelchen Extremsituationen. In entsprechenden Phasendiagrammen ist aber natürlich noch keine Aussage über die Art des Festkörpers dabei. (Ein-)kristalline Festkörper sind etwas besonderes. Genauso gibt es auch amorphe Festkörper und anderes.
Zu Überlegungen bezüglich der Dichte basierend auf dem "Fließen" von Flüssigkeiten: Das ist Unfug. Materiezustände wie fest, flüssig oder gasförmig sind thermodynamische Begriffe und entsprechend machen sie nur im thermodynamischen Limes hoher Teilchenzahlen Sinn. Das heißt, derartige Beschreibungen beziehen sich auf makroskopische Betrachtungen. Mikroskopisch gesehen musst Du die Atome und Moleküle einzeln betrachten. Was auf dieser Größenordnung genau passiert, sagen Dir Simulationen der Molekulardynamik und der elektronischen Struktur von Systemen mit nur wenig Teilchen. Generell ist ein Verweis auf die kinetische Energie der Teilchen aber durchaus gerechtfertigt. Bei höherer Temperatur (ist natürlich wieder ein Begriff der TD) haben die Teilchen eine höhere kinetische Energie.
Zum Heliumgas: Helium kann bei Normaldruck kein Festkörper werden. Unabhängig von der Temperatur. Das ist aber ein Sonderfall: Die meisten chemischen Elemente sind bei Normaldruck unterhalb einer bestimmten Temperatur fest. Insofern kann man schon eine temperaturabhängige Verbindung zwischen diesen Phasen herstellen und dann mit der Temperatur argumentieren, dass die Atome im Festkörper weniger Platz brauchen, weil ihre kinetische Energie geringer ist. Ausnahmen gibt es natürlich immer.
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flüssiggas schrieb:
was ist jetzt richtig?
Das kommt alles auf den Bezugspunkt drauf an.
Lies Dir einfach das mal durch und schau Dir die Diagramme an. http://de.wikipedia.org/wiki/Phasendiagramm
