Teilchendichte

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Die Teilchendichte (Formelzeichen: n bzw. C;[1][2][3][4] weitere Benennungsvarianten durch Kombination der Wortteile Teilchen- oder Partikel- ggf. mit -zahl- oder -anzahl- und mit -dichte oder -konzentration) ist eine intensive, volumenbezogene physikalisch-chemische Größe. Sie ist definiert als Quotient aus der Anzahl N von Teilchen (Atome, Moleküle, Staubkörner etc.) und dem Volumen V eines betrachteten Systems, ihre SI-Einheit ist daher m−3:

n = \frac{N}{V}.

Bei Gemischen kann die Teilchendichte insgesamt oder nur für eine bestimmte Teilchensorte i gemeint sein (Kennzeichnung z. B. durch Indexschreibweise: n_i=\tfrac{N_i}{V}).

Das Formelzeichen n für die Teilchendichte birgt Verwechslungsgefahr mit der thematisch verwandten Größe Stoffmenge, die ebenfalls das Formelzeichen n aufweist. Das alternative Formelzeichen C (in der DIN 1310 als „Teilchenzahlkonzentration“ bezeichnet)[2] überschneidet sich demgegenüber mit den weniger affinen Größen elektrische Kapazität bzw. Wärmekapazität.

Anwendung[Bearbeiten]

Die Teilchendichte hat ein breites Anwendungsspektrum in der Physik, da durch sie viele Größen ausgedrückt werden können. So wird z. B. die Masse oder die Ladung von einzelnen Teilchen getragen, daher kann die Massedichte bzw. Ladungsdichte direkt aus der Teilchendichte (der Ladungsträger) abgeleitet werden. In Gasen hängen z. B. der Druck und die Dichte nahezu linear von der Teilchendichte ab.

Als bloße Konzentrationsangabe liefert die Teilchendichte handliche Zahlen, wenn die Konzentrationen sehr klein sind, und wird daher in der Reaktionskinetik von Spurenstoffen und in der Astrophysik für die Teilchendichte im Weltraum verwendet. Für höhere Konzentrationen üblicher sind Angaben als Stoffmengenkonzentration c in mol/m3 (ggf. auch mol/), der Umrechnungsfaktor ist die Avogadro-Konstante N_\mathrm{A} ( \approx 6{,}022 \cdot 10^{23} \ \mathrm{mol}^{-1} ): C=N_\mathrm{A} \cdot c.

Beispiele[Bearbeiten]

Medium Teilchendichte n
(in Teilchen / cm³ = Teilchen / ml)
Teilchenart
Luft (in Meereshöhe) 2,5·1019 Moleküle
Luft (in 30 km Höhe) 1017 Moleküle
davon etwa 5·1012 O3-Moleküle
Blut 109 rote Blutkörperchen
Trinkwasser < 100 aerobe Keime

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Norm DIN EN ISO 80000-9: Größen und Einheiten – Teil 9: Physikalische Chemie und Molekularphysik. August 2013. Abschnitt 3: Benennungen, Formelzeichen und Definitionen, Tabelleneintrag Nr. 9–10.
  2. a b Norm DIN 1310: Zusammensetzung von Mischphasen (Gasgemische, Lösungen, Mischkristalle); Begriffe, Formelzeichen. Februar 1984. S. 2, Abschnitte 3 und 7.
  3. Eintrag zu number density. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.N04262 Version: 2.3.3.
  4. Eintrag zu number concentration. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.N04260 Version: 2.3.3.