Grundlagen der Chemie: Materie, Stoffe und Trennverfahren

Grundlagen der Materie und Stoffe

Atom: Grundlegende Bausteine der Materie, bestehend aus Protonen und Neutronen.

Molekül: Ein Cluster von Atomen. Beispiele sind H₂ oder O₂.

Chemisches Element: Reine Stoffe, die in der Natur vorkommen und aus unzähligen Atomen bestehen (z.B. Gold, Kupfer).

Verbindung (Compound): Eine Substanz, die durch zwei oder mehr Elemente in einem konstanten und spezifischen Verhältnis gebildet wird (z.B. H₂O, CO₂).

Reine Substanz: Elemente oder Verbindungen mit einer konstanten Zusammensetzung und definierten Eigenschaften (z.B. Zucker, Eisen).

Gemisch (Mixed): Stoffe, die durch mehrere Elemente oder Verbindungen in unterschiedlichen Anteilen gebildet werden. Die Komponenten behalten ihre Eigenschaften (z.B. Schokolade, Milch).

Arten von Gemischen

• Heterogene Gemische: Gemische, bei denen die einzelnen Komponenten auf den ersten Blick unterscheidbar sind (z.B. Suppe).
• Homogene Gemische: Mischungen mit vielen Komponenten, die scheinbar nicht unterscheidbar sind (z.B. Wein, aufgelöster Zucker in Wasser).

Trennverfahren für Gemische

Verschiedene Methoden werden angewendet, um Komponenten von Gemischen zu trennen:

Filtration

Wird verwendet, um heterogene Gemische aus Feststoffen und Flüssigkeiten zu trennen. Die Flüssigkeit passiert einen Filter, während der Feststoff zurückgehalten wird. Die Eignung des Filters hängt von der Partikelgröße ab.

Dekantieren

Wird angewendet, um zwei nicht mischbare Flüssigkeiten (z.B. Öl und Wasser) zu trennen. Der Behälter wird geneigt, und die obere, weniger dichte Flüssigkeit wird vorsichtig ausgegossen.

Zentrifugation

Die Mischung wird mit hoher Geschwindigkeit in einer Zentrifuge bewegt. Dadurch bewegen sich die festen Partikel zum Boden des Behälters und bilden ein Sediment.

Magnetische Trennung

Methode zur Trennung von Gemischen, bei denen eine Komponente Eisen enthält oder magnetisch ist. Ein Magnet wird verwendet, um das Metall aus dem Gemisch zu ziehen.

Destillation

Trennt Komponenten einer flüssigen Lösung mit unterschiedlichen Siedepunkten. Die Mischung wird erhitzt, bis die Verbindung mit dem niedrigsten Siedepunkt verdampft. Der Dampf wird in einem Kondensator gesammelt und wieder zur Flüssigkeit abgekühlt.

Materialien und ihre Eigenschaften

Was sind Materialien?

Die Substanzen, die zum Konstruieren von Objekten verwendet werden, werden üblicherweise als Materialien bezeichnet (z.B. Holz, Zement, Nylon).

• Natürliche Materialien: Werden in der Natur gefunden. Rohstoffe sind beispielsweise Holz, Wolle, Seide, Baumwolle, Öl und Kohle.
• Künstliche Materialien: Werden vom Menschen aus natürlichen Materialien hergestellt (z.B. Stahl, Papier, Glas, Kunststoff, Keramik).

Werkstoffeigenschaften

Härte

Die Fähigkeit eines Materials, nicht von einem anderen zerkratzt zu werden. Gips ist beispielsweise weich und kann mit dem Fingernagel eingeritzt werden, während der Nagel härter ist.

Elastizität

Die Fähigkeit eines Materials, nach Wegnahme der verformenden Kraft in seine ursprüngliche Form zurückzukehren (z.B. sind Stahlfedern sehr elastisch).

Wärmeleitfähigkeit und Wärmedämmung

Diese Eigenschaften sind gegensätzlich. Bei Wärmeleitfähigkeit lässt das Material Wärme durch sich hindurch passieren. Bei Wärmedämmung verhindert das Material den Wärmetransport.

Wasserdurchgangswiderstand

Die Eigenschaft von Materialien, die das Durchdringen von Wasser verhindern (typisch für Baustoffe und Textilien).

Zerbrechlichkeit und Festigkeit

Widersprüchliche Eigenschaften. Zerbrechlichkeit ist typisch für Materialien, die leicht brechen (z.B. Keramik). Metalle (z.B. Eisen) sind fest und widerstandsfähig gegen Bruch.

Leitfähigkeit und elektrische Isolierung

Im ersten Fall ist das Material elektrisch leitfähig. Im zweiten Fall (Isolierung) verhindert das Material den Stromfluss im Kreis.