Materie, Eigenschaften und Veränderungen

Geschichte der Forschung über Materie und Stoff

Materie wurde in der griechischen Naturphilosophie im antiken Griechenland unter dem Begriff “physis” diskutiert. Der griechische Begriff für Natur, „physis“, weist dabei zwei Verwendungsweisen auf. Zum einen bezieht sich „physis“ auf die Gesamtheit aller von selbst entstandenen Dinge – dies aber erst seit dem 5. Jahrhundert v. Chr.
Der Ausdruck „Natur“ und entsprechende Ableitungen („natürlich“, „naturwüchsig“, u. a. m.) werden oftmals in einen Gegensatz zu „Kultur“ gestellt, insofern letztere sich auf Artefakte bezieht, die durch menschliche Kunst oder Technik hervorgebracht sind (materiale Kultur).

Stoffe und ihre Eigenschaften

Alle Gegenstände, die uns umgeben, bestehen aus den verschiedensten Stoffen: aus Metall, aus Glas, aus Holz, aus Kunststoff, aus Stein, um einmal die wichtigsten zu nennen.

Es gibt unendlich viele natürliche und vom Menschen geschaffene Stoffe. Um sie unterscheiden zu können, muss man ihre Eigenschaften kennen.

Die wichtigsten Eigenschaften sind:

– Aussehen, Geruch, Geschmack
– Schmelztemperatur, Siedetemperatur, Aggregatzustände bei Normaltemperatur
– Dichte
– elektrische Leitfähigkeit
– Löslichkeit in Wasser beziehungsweise in anderen Lösungsmittel (z.B. Benzin)
– Verhalten beim Erhitzen

Beispiele

Wasser

Wasser ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H). Sein Aussehen im reinen Zustand ist glasklar, es riecht und schmeckt eigentlich nicht.

Wasser ist die einzige chemische Verbindung auf der Erde, die in der Natur fest, flüssig und gasförmig, also in allen drei Aggregatzuständen vorkommt. Als „Wasser“ bezeichnen wir dabei besonders den flüssigen Aggregatzustand (zwischen 0 und 100°C). Unterhalb von 0°C friert Wasser zu festem Eis, oberhalb von 100°C verdampft Wasser in den gasförmigen Zustand (Wasserdampf).

Die Dichte von Wasser ist etwa 1 kg/dm3 (Definition bis 1964). Da sich seine Dichte aber bei Druck und Temperatur ändert, wurde diese Definition aufgegeben.

Reines Wasser ist elektrisch nur wenig leitfähig, das heisst, es kann kaum Strom durch Wasser fliessen (grosser Widerstand). Je mehr Mineralien (Mineralwasser) oder Salz (Meerwasser) im Wasser sind, desto besser leitet es den Strom.

Wasser ist nur in polaren Flüssigkeiten löslich, nicht aber in apolaren wie z.B. Öl.

Granit

Granite sind massige, relativ grobkristalline Tiefengesteine, die aus dem flüssigen Magma im Erdinneren stammen. Sie sind reich an Quarz und Feldspaten, enthalten aber auch dunkle Minerale, zum Beispiel Glimmer. Der Merksatz Feldspat, Quarz und Glimmer, die drei vergess’ ich nimmer gibt die Zusammensetzung von Granit vereinfacht wieder.

Granit ist mittel- bis grobkörnig (chemisch gesehen ein heterogenes Stoffgemisch). Die Grösse der Kristalle schwankt meistens 1 Millimeter und mehreren Zentimetern. Man kann für gewöhnlich alle Kristalle mit blossem Auge erkennen.

Granit schmilzt unter normalem Luftdruck bei 960°C, bei zunehmendem Druck erniedrigt sich die Schmelztemperatur auf ca. 650°C.

Seine Dichte ist 2.7 kg/dm3 also 2.7 – mal grösser als die von Wasser.

Granit ist wegen seiner kompakten Struktur nur schwer löslich.

Wenn man Salzsäure auf Granit bringt, dann findet keine Reaktion statt, ganz im Gegensatz zu Kalkstein.

Eisen

Eisen ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Fe (lateinisch ferrum, ‚Eisen‘) und der Ordnungszahl 26. Es gehört zur Eisen-Platin-Gruppe.

In der Werkstoffkunde gehört Eisen zur Gruppe der Eisenmetalle, die unterteilt ist in Gusseisen und Stahl. Die Unterscheidung beruht darauf, dass Gusseisen einen Kohlenstoff-Gehalt von über 2,06 % hat und nicht plastisch verformbar, insbesondere nicht schmiedbar ist, während Stahl einen Kohlenstoff-Gehalt von deutlich weniger als 2,06 % hat und verformbar, also schmiedbar ist.

Eisen ist magnetisch (und magnetisierbar)

Eisen wird aus Eisenerz gewonnen, welches man in Hochöfen erhitzt und so gewinnt.

Holz (Fichte)

Holz ist relativ weich
biegsam und nicht sehr spröde
es ist faserig (kommt von Leitbündeln, Zellfasern)
Holz schwimmt (meist): seine Dichte ist somit kleiner als Wasser
Holz brennt, hat Energie gespeichert, die von der Sonne stammt. Sie aber kommt nur heraus, wenn wir (Aktivierungs-) Energie zuführen. Dann erst beginnt das Holz zu brennen und lässt die Sonnenenergie heraus.
Holz isoliert (wenn es trocken ist)

Zusammenfassung Eigenschaften von Stoffen

Granit Holz Eisen Wasser
Farbe gemischt, gesprenkelt, grau, weiss, Brauntöne grau-silbrig durchsichtig
Glanz glänzende Stellen nicht Ja Ja
Aggregatzustand fest fest fest flüssig
Geruch Steingeruch würzig, harzig Metallgeruch geruchlos
Oberfläche Bruchkanten Faserkanten je nach Bearbeitung spiegelglatt
Härte mittelhart zäh-elastisch-hart verformbar-hart passt sich fliessend an
in Wasser löst sich nicht auf füllt sich mit Wasser reagiert nicht mit Wasser mischt sich mit Wasser
magnetisch nein nein ja nein
leitend nein nein ja rein nicht, mit Salz ja
Dichte 2.7 kleiner als 1 7.2 1
in Feuer passiert nichts verbrennt zu Kohle und CO2 passiert nichts bis  es bei 1538°C schmilzt erwärmt sich bis es bei 100°C kocht

 

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