Mischungen: Klassifizierung und Trennverfahren

Mischungen

Mischungen werden durch das Verbinden von zwei oder mehreren Stoffen in verschiedenen Verhältnissen gebildet. Dabei behalten die Komponenten ihre eigenen Merkmale bei. Man unterscheidet verschiedene Arten von Mischungen: Wenn die Komponenten mit bloßem Auge nicht zu unterscheiden sind, ist die Mischung homogen. Wenn man die Komponenten unterscheiden kann, gilt sie als heterogen.

Optische Beurteilung

Diese wird verwendet, um Mischungen zu klassifizieren. Sie basiert auf der direkten Beobachtung oder indirekten Untersuchung mittels einer Lupe oder eines Mikroskops.

Einstufung von Gemischen

Heterogene Gemische

Ein heterogenes Gemisch ist eines, in dem seine Komponenten mit dem bloßen Auge oder einer Lupe unterschieden werden können. Die Partikelgröße beträgt etwa 10⁻⁵ cm.

• Grobkörnig: Die Partikelgröße ist sehr groß.

Suspensionen

Die Partikel sind kleiner als bei groben Gemischen und bleiben für eine Weile in der Flüssigkeit suspendiert (schwebend).

Homogene Gemische

Homogene Gemische haben Teilchen, die weder mit dem bloßen Auge noch mit der Lupe oder dem Mikroskop unterschieden werden können. Sie werden unterteilt in:

Lösungen (Auflösungen)

Die Partikelgröße erreicht Werte von 10⁻⁸ cm, wobei der gelöste Stoff in der Regel den geringeren Anteil ausmacht.

Kolloide

Die Partikelgröße liegt zwischen 10⁻⁷ und 10⁻⁵ cm. Ein Kolloid besteht aus einer dispersen Phase (gelöster Stoff) und einem Dispersionsmittel (Lösungsmittel). Kolloide lassen sich von echten Lösungen durch ein Mikroskop unterscheiden, in dem die Teilchen eine ständige Bewegung in Zick-Zack-Form (Brownsche Bewegung) ausführen.

Zudem zeigen sie den Tyndall-Effekt: Dieser besteht darin, dass ein Lichtstrahl beim Passieren der Mischung in einer dunklen Umgebung sichtbar wird. Das Licht wird nicht in der echten Lösung, wohl aber im Kolloid reflektiert.

Arten von Lösungen

Flüssige Lösungen

Dies sind Lösungen, deren Lösungsmittel flüssig ist:

• Flüssig-Fest: Zum Beispiel Wasser und Salz.
• Flüssig-Flüssig: Zum Beispiel Wasser und Essigsäure.
• Flüssig-Gas: Zum Beispiel Wasser und CO₂.

Feste Lösungen

Dies sind Lösungen, in denen das Lösungsmittel ein Feststoff ist:

• Fest-Flüssig: Ein Beispiel ist ein Amalgam, in dem Quecksilber gelöst ist.
• Fest-Fest: Zum Beispiel Messing als Verbindung von Kupfer und Zink.

Gasförmige Lösungen

Diese entstehen aus der Kombination verschiedener Gase.

Spezielle Kolloidformen

• Sol: Kann flüssig oder fest sein.
• Gel: Die dispergierende Phase ist ein Feststoff und die dispergierte Phase eine Flüssigkeit.
• Emulsion: Die dispergierende Phase ist flüssig und die dispergierte Phase ebenfalls. Alternativ kann eine Flüssigkeit in einem Feststoff dispergiert sein.
• Aerosol: Ein Kolloid, bei dem die dispergierte Phase flüssig oder fest und das Dispersionsmittel ein Gas ist.
• Schaum: Die dispergierende Phase ist flüssig oder fest und die dispergierte Phase ist ein Gas.

Trennung von Gemischen

Trennverfahren werden in mechanische und physikalische Klassen eingeteilt.

Trennung heterogener Gemische

• Filtration: Trennung von Zwei-Phasen-Mischungen mittels eines Filters mit Poren. Die Trennung erfolgt durch Schwerkraft oder Vakuum.
• Abgießen (Dekantieren): Besteht aus der Trennung von zwei Flüssigkeiten, die sich nicht mischen, oder eines Feststoffs von einer Flüssigkeit. Zuerst lässt man das Gemisch absetzen und neigt dann den Behälter, um die Flüssigkeit (ggf. durch einen Trichter) abzuführen.
• Sieben: Trennung von Gemischen aus festen Materialien durch ein Sieb.
• Magnetisierung: Trennt Materialien mit magnetischen Eigenschaften von solchen, die nicht magnetisch sind, mithilfe eines Magneten.
• Zentrifugation: Trennung von Komponenten unterschiedlicher Dichte durch schnelles Drehen in einer Zentrifuge, wodurch die dichteren Stoffe nach außen geschleudert werden.

Trennung homogener Gemische

1. Verdampfung: Trennung der Komponenten eines Fest-Flüssig-Gemisches durch Erhitzen.
2. Extraktion: Trennung der Mischung in Abhängigkeit von der Löslichkeit in einem geeigneten Lösungsmittel.
3. Kristallisation: Eine Reinigungsmethode für Feststoffe. Der gelöste Stoff wird in der Hitze gelöst, heiß filtriert und bildet beim Abkühlen Kristalle.
4. Ultrazentrifugation: Trennung feinster Stoffe.
5. Elektrophorese: Trennung basierend auf unterschiedlichen elektrischen Ladungen der Stoffe in einer Lösung oder einem Kolloid durch Anlegen eines elektrischen Feldes.

Destillation

Trennung einer Mischung aus zwei oder mehr Stoffen, von denen einer oder mehrere flüchtig sind. Die Methode basiert auf unterschiedlichen Siedepunkten.

• Einfache Destillation: Trennung eines Stoffes von Verunreinigungen. Der flüchtige Stoff wird als Gas abgetrennt und kondensiert als reines Destillat.
• Fraktionierte Destillation: Trennung mehrerer flüchtiger Substanzen mittels einer Fraktionierkolonne. Diese Technik wird oft bei der Erdölraffination verwendet.

Chromatographie

Besteht aus der Trennung der Komponenten eines Gemisches aufgrund unterschiedlicher Geschwindigkeiten, mit denen sie sich durch ein poröses Medium (stationäre Phase) bewegen, wenn sie von einem Lösungsmittel (mobile Phase) mitgerissen werden. Je nach Medium spricht man von Papierchromatographie, Dünnschichtchromatographie (bei Glasschichten) oder Säulenchromatographie (bei Baumwolle oder Glaswolle).