Stell dir vor, du befindest dich am Strand. Auf dem Weg ins Wasser kannst du dich problemlos durch die Luft um dich herum bewegen. Im Wasser wird es jedoch deutlich schwerer voranzukommen. In den Sand kannst du dich wiederum höchstens mit viel Mühe eingraben. Ein Hindurchtauchen wie im Wasser ist nicht möglich. Warum ist das so?
Um diese Frage zu beantworten, schauen wir uns in diesem Kapitel genauer an, wie Körper aufgebaut sind und wie dieser Aufbau die Eigenschaften des Körpers beeinflusst.

Ob ein Stoff fest (Sand), flüssig (Wasser) oder gasförmig (Luft) ist, wird auch als sein Aggregatzustand bezeichnet. Um zu erklären, warum wir uns durch gasförmige Stoffe leichter bewegen können als durch flüssige Stoffe und durch flüssige Stoffe leichter als durch feste Stoffe, müssen wir uns das Teilchenmodell anschauen.

Stell dir ein einzelnes Sandkorn am Strand vor, das du in immer kleiner werdende Stücke zerteilst. Diesen Vorgang führst du immer weiter fort, bis du kleinstmögliche Teilchen erhältst. Diese Teilchen werden je nach Stoff auch Atome oder Moleküle genannt. Aus diesen Teilchen bestehen wir selbst und alles um uns herum: Festkörper, Flüssigkeiten und Gase. Dies bildet die erste Aussage des Teilchenmodells:

1. Alle Stoffe bestehen aus Teilchen.

Die Anordnung und Bewegungen der Teilchen bestimmen die Eigenschaften eines Stoffes.

• Festkörper behalten ihre Form unabhängig von ihrem Gefäß bei. Sie sind nur mit großem Kraftaufwand verformbar.
• Flüssigkeiten passen ihre Form dem Gefäß an, in dem sie sich befinden. Sie lassen sich somit viel leichter verformen.
• Gase nehmen den kompletten Raum ein, in dem sie sich befinden. Sie lassen sich somit sehr leicht verformen.

• Festkörper behalten (bei nicht allzu großer Kraft) ihr Volumen bei.
• Flüssigkeiten behalten ihr Volumen bei.
• Gase können „zusammengedrückt“ werden: Ihr Volumen ändert sich.

Die Dichte gibt an, welche Masse ein Stoff in einem Kubikzentimeter Volumen besitzt. Jedes Teilchen besitzt eine bestimmte Masse. Diese ist abhängig von dem Stoff, aus dem der Körper besteht.

Bei Festkörpern ist der Abstand zwischen den Teilchen nur sehr gering. Deshalb besitzen sie mehr Masse in einem Kubikzentimeter Volumen als flüssige oder gasförmige Körper desselben Stoffes.

Oder um es anhand des Teilchenmodells zu verdeutlichen: Je dichter die Teilchen eines Körpers beieinander sind, desto höher ist die Dichte des Körpers. Die Dichte eines Körpers ist somit abhängig vom Stoff und von der Temperatur.

Im Jahr 1827 beobachtete der schottische Botaniker Robert Brown unter einem Mikroskop Pollenkörner, die sich in einer Flüssigkeit befanden. Dabei entdeckte er, dass sich die Pollenkörner auch nach langer Zeit ununterbrochen und scheinbar zufällig bewegen.

Brown vermutete, dass diese permanente und unregelmäßige Bewegung durch noch kleinere und nicht sichtbare Teilchen verursacht wird. Heute wissen wir, dass es sich bei diesen kleinsten Teilchen um Atome und Moleküle handelt.

Die Entdeckung von Robert Brown führt uns zur zweiten Aussage des Teilchenmodells:

2. Alle Teilchen sind ständig in Bewegung.

Bei dem Experiment konntest du nicht nur die Brownsche Bewegung beobachten (Bewegung der „Teeteilchen“ im Wasser), sondern auch eine weitere wichtige Beobachtung machen: Bei einer höheren Temperatur haben die Teilchen eine höhere durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit.

Wie du bereits weißt, bewegen sich die Teilchen eines Gases schneller als die Teilchen einer Flüssigkeit und die Teilchen einer Flüssigkeit schneller als die Teilchen eines Festkörpers. Doch die Teilchenbewegung ändert sich bereits, wenn die Temperatur zu- oder abnimmt – nicht erst dann, wenn der Körper seinen Aggregatzustand ändert.

Hierfür lässt sich folgende Erklärung finden: Durch das Erhitzen eines Stoffes wird diesem Energie hinzugefügt. Dies äußert sich in einer höheren Energie der Teilchen – das heißt, sie sind mehr in Bewegung. Die Temperatur hat also einen direkten Einfluss auf die Teilchenbewegung.

Durch die stärkere Bewegung der Teilchen sind diese weiter voneinander entfernt. Somit erhöht sich das Volumen des Körpers und die Dichte sinkt.

Die Eigenschaften eines Stoffes werden nicht nur durch die Bewegung und die Anordnung der Teilchen bestimmt, sondern auch durch die Wechselwirkungen der Teilchen untereinander. Dies formuliert die dritte Aussage des Teilchenmodells:

3. Zwischen den Teilchen in Stoffen wirken Kräfte.

Die Teilchen eines Stoffes ziehen sich gegenseitig an. Diese Anziehungskräfte zwischen den Teilchen eines Stoffes werden Kohäsionskräfte genannt. Kohäsionskräfte verleihen einem Stoff seine Festigkeit. Sie sind stärker bei Festkörpern und geringer bei Gasen.

Deshalb kannst du z. B. einen Stein nicht einfach so zerbrechen, aber uns ohne spürbaren Widerstand durch die Luft um uns herum bewegen.

Neben den anziehenden Kräften zwischen Teilchen eines Stoffes gibt es auch Anziehungskräfte zwischen zwei verschiedenen Stoffen. Adhäsionskräfte bewirken, dass zwei Körper aneinander haften bleiben.

Dank der Adhäsionskräfte bleibt die Kreide an der Tafel und die Farbe an der Wand. Auch die Wirkung von Klebstoffen geht auf die Adhäsionskräfte zurück.