Grundlagen der Chemie: Mischungen, Löslichkeit & Trennverfahren

Mischungen: Definition & Arten

Mischungen sind Kombinationen aus mehreren reinen Stoffen, die chemisch nicht miteinander reagieren. Das Verhältnis der einzelnen Substanzen kann stark variieren, doch jede Substanz behält ihre ursprüngliche Zusammensetzung und Eigenschaften.

In **homogenen Mischungen** sind die Komponenten gleichmäßig verteilt. Jeder Teil des Gemisches hat die gleiche chemische Zusammensetzung und identische Eigenschaften. In diesem Fall spricht man davon, dass die Mischung eine einzige Phase besitzt.

In **heterogenen Mischungen** sind die verschiedenen Komponenten der Mischung nicht gleichmäßig verteilt und können mit bloßem Auge oder optischen Instrumenten unterschieden werden. Jede dieser Mischungen weist mehr als eine Phase mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Eigenschaften auf.

Lösungen

Eine **Lösung** ist eine Mischung aus zwei oder mehr Substanzen. Die Komponente, die in geringerer Menge vorhanden ist, wird als *gelöster Stoff* (Solut) bezeichnet, die in größerer Menge als *Lösungsmittel* (Solvens). Obwohl gelöster Stoff und Lösungsmittel in jedem Aggregatzustand vorliegen können, nimmt die Lösung immer den Aggregatzustand des Lösungsmittels an. Entsprechend dem physikalischen Zustand des Lösungsmittels werden Lösungen als gasförmig, flüssig oder fest eingestuft.

Arten von Lösungen

Nach Aggregatzustand des Lösungsmittels:

• Feste Lösungen:
  • *Fest in Fest:* Legierungen (z.B. Bronze)
  • *Flüssig in Fest:* Amalgam (Quecksilber in Gold)
  • *Gas in Fest:* Wasserstoff in Palladium
• Flüssige Lösungen:
  • *Fest in Flüssig:* Zucker in Wasser
  • *Flüssig in Flüssig:* Ethanol in Wasser
  • *Gas in Flüssig:* Sauerstoff in Wasser
• Gasförmige Lösungen:
  • *Fest in Gas:* Sublimiertes Jod in Luft
  • *Flüssig in Gas:* Wasserdampf in Luft
  • *Gas in Gas:* Luft (Stickstoff, Sauerstoff etc.)

Löslichkeit von Stoffen

Die **Löslichkeit** einer Substanz in einem Lösungsmittel wird definiert als die maximale Menge eines gelösten Stoffes, die sich in einer bestimmten Menge eines Lösungsmittels bei einer bestimmten Temperatur lösen kann. Die Löslichkeit hängt von den Eigenschaften des gelösten Stoffes, des Lösungsmittels und der Temperatur ab.

Im Allgemeinen gilt für die Auflösung eines Feststoffes in einer Flüssigkeit: Je höher die Temperatur, desto höher ist die Löslichkeit. Die Darstellung der Löslichkeit eines Stoffes in Abhängigkeit von der Temperatur wird als Löslichkeitskurve bezeichnet. Diese Kurve zeigt die maximal lösliche Substanzmenge bei jeder Temperatur.

Im Falle von gelösten Gasen in Flüssigkeiten hängt die Löslichkeit vom Druck des Gases und der Temperatur der Flüssigkeit ab. Die Löslichkeit eines Gases in einer Flüssigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab.

Zustände von Lösungen

Eine Lösung kann wie folgt beschrieben werden:

• **Verdünnt:** Wenn sie einen geringen Anteil an gelöstem Stoff enthält.
• **Konzentriert:** Wenn sie einen hohen Anteil an gelöstem Stoff enthält.
• **Gesättigt:** Wenn das Lösungsmittel bei einer gegebenen Temperatur keine größere Menge des gelösten Stoffes mehr aufnehmen kann.
• **Ungesättigt:** Wenn das Lösungsmittel bei einer gegebenen Temperatur noch eine größere Menge des gelösten Stoffes aufnehmen kann.
• **Übersättigt:** Wenn sie mehr gelösten Stoff enthält, als bei der entsprechenden Sättigung möglich wäre. In diesem Fall ist sie sehr instabil.

Trennung von Mischungen

Wenn eine zu untersuchende Substanz in einem reinen Zustand vorliegen muss, ist die Trennung der Komponenten aus einer Mischung eine gängige Aufgabe in chemischen Laboren und der Industrie. Um die Komponenten eines Gemisches zu trennen, muss man bedenken, dass jede Komponente bestimmte Eigenschaften besitzt, die sich von den anderen unterscheiden. Diese Unterschiede können genutzt werden, um ein Trennverfahren zu entwickeln. Je nach Komplexität der Mischung kann dies aus einer Reihe von mehr oder weniger umfangreichen Schritten bestehen. Wir unterscheiden Trennverfahren für heterogene und homogene Gemische.

Methoden zur Trennung von Mischungen

Trennung heterogener Gemische:

• Filtrieren
• Dekantieren
• Sedimentieren
• Zentrifugieren

Trennung homogener Gemische:

• Verdampfung
• Destillation
• Flüssig-Flüssig-Extraktion
• Fest-Flüssig-Extraktion
• Kristallisation
• Chromatographie

Übungsbeispiele zur Trennung von Mischungen

• Mischung: Sand, Glas
• Mischung: Glas, Sand, Zuckerwasser – Trennung: Dekantieren
• Mischung: Zucker in Wasser gelöst – Trennung: Wasserverdunstung
• Mischung: Salz (Hinweis: Dies ist keine Mischung, möglicherweise ist "Salz in Wasser" gemeint)
• Mischung: Schwefel, Ethanol
• Mischung: Sand, Jod in Ethanol – Trennung: Verdunstung
• Mischung: Jod, Wasser, Ethanol, Sand
• Mischung: Salz in Wasser – Trennung: Wasserverdunstung
• Mischung: Eisenfeilspäne, Sand (Original: "Filings Filings Glaube Glaube Sand" - "Glaube" ist hier als "Eisen" interpretiert)
• Mischung: Aceton, Sand, Eisen (Original: "Aceton Sandfiltration Magnet Fe") – Trennung: Sandfiltration, Magnetische Trennung (Fe)
• Mischung: Wasser, Aceton
• Mischung: Sand, Wasser – Trennung: Destillation (Hinweis: Für Sand und Wasser wäre Filtration üblicher)
• Mischung: Salz, Sand
• Mischung: Sand, Alkohol, Salz – Trennung: Sandfiltration
• Mischung: Alkohol, Salzwasser – Trennung: Destillation (Alkohol), Verdunstung (Salz)
• Mischung: Wasser, Salz (Original: "Wasser Wasser Salt Water") – Trennung: Wasserverdunstung
• Mischung: Wasser, Eisen (Original: "Wasser Fe")
• Mischung: Benzin, Wasser – Trennung: Wasserfiltration (Hinweis: Dekantieren ist hier üblicher)
• Mischung: Salzwasser, Benzin – Trennung: Extraktion, Verdunstung (Salz)
• Mischung: Eisen, Salz, Wasser (Original: "Eisensalz Salzwasser")
• Mischung: Asche, Wasser, Pottasche – Trennung: Pottasche in Wasserverdunstung
• Mischung: Kohle, Wasser