Reine Stoffe & Mischungen: Eigenschaften & Trennverfahren

Grundlagen: Reine Stoffe und Mischungen

Die Materie um uns herum lässt sich in zwei Hauptkategorien einteilen: reine Stoffe und Mischungen. Beide besitzen spezifische Eigenschaften, die zu ihrer Identifizierung dienen, wie Dichte, Leitfähigkeit oder Farbe. Daneben gibt es allgemeine Eigenschaften, die für alle Arten von Materie gelten, wie Masse und Volumen.

Reine Stoffe zeichnen sich durch besondere, konstante Eigenschaften aus, die für Mischungen nicht zutreffen. Die Kenntnis dieser spezifischen Eigenschaften ist entscheidend, um zu bestimmen, ob eine Substanz rein ist oder nicht.

Reine Stoffe: Definition und Typen

Ein reiner Stoff ist eine Materie, deren Zusammensetzung sich unter physikalischen Bedingungen nicht ändert. Reine Stoffe können nicht durch einfache physikalische Verfahren in andere Stoffe zerlegt werden. Man unterscheidet zwei Haupttypen:

• Verbindungen

  Reine Stoffe, die durch einen einfachen chemischen Prozess in andere, einfachere Stoffe zerlegt werden können.

• Elemente

  Reine Stoffe, die nicht durch chemische oder physikalische Verfahren in einfachere Stoffe zerlegt werden können.

Mischungen: Definition und Typen

Mischungen bestehen aus der Kombination mehrerer reiner Substanzen, die durch physikalische Prozesse voneinander getrennt werden können. Je nach Art der Vermischung unterscheidet man:

• Heterogene Mischungen

  Eine Mischung, in der die einzelnen Komponenten optisch voneinander unterschieden werden können. Beispiel: Pizza.

• Homogene Mischungen (Lösungen)

  Eine Mischung, in der die Komponenten mit konventionellen optischen Verfahren nicht voneinander unterschieden werden können, da sie vollständig miteinander vermischt sind. Beispiel: Zuckerwasser.

• Kolloide

  Eine heterogene Mischung, die Licht streut (Tyndall-Effekt). Hier ist eine Komponente in höherem Anteil vorhanden, in der andere Komponenten in geringerem Verhältnis verteilt sind. Beispiele: Gelee, Tomatensauce.

• Emulsionen

  Eine heterogene Mischung aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten, bei der eine Flüssigkeit als feine Tröpfchen in der anderen verteilt ist, oft stabilisiert durch eine dritte Substanz (Emulgator). Beispiel: Mayonnaise (Eier, Öl, Zitrone, Salz).

Trennung von Gemischen: Physikalische Verfahren

Mischungen können durch physikalische Mittel getrennt werden, um die einzelnen reinen Stoffe zurückzugewinnen. Die Wahl des Trennverfahrens hängt von den spezifischen Eigenschaften der Komponenten ab, wie Partikelgröße, Dichte oder Löslichkeit.

• Sieben

  Ideal zum Trennen von Feststoffgemischen, bei denen die Partikelgrößen der Komponenten signifikant voneinander abweichen.

• Filtration

  Geeignet zur Trennung eines unlöslichen Feststoffs von einer Flüssigkeit. Beispiel: Trennung einer Mischung aus Kupferdichromat (Cu(Cr₂O₄)₂) und Schwefel, wobei Kupferdichromat wasserlöslich ist und Schwefel nicht.

• Kristallisation

  Geeignet zur Trennung eines gelösten Feststoffs aus einer Flüssigkeit. Um gelöstes Kupferdichromat (Cu(Cr₂O₄)₂) wieder als Feststoff zu gewinnen, verdampft man das Wasser aus der Lösung. Feste Stoffe lösen sich besser in heißem Wasser als in kaltem. Löst man so viel Feststoff wie möglich in heißem Wasser und lässt die Lösung abkühlen, kristallisieren die gelösten Feststoffe aus, wenn das Lösungsmittel verdampft.

• Magnetische Trennung

  Eine Komponente der Mischung ist ein ferromagnetisches Metall (Fe, Ni, Co), das mit einem Magneten von den anderen getrennt werden kann. Beispiel: Eine Mischung aus Schwefel und Eisenpulver (Fe) kann mit einem Magneten getrennt werden, da Eisen magnetische Eigenschaften besitzt.

• Dekantieren

  Dieses Verfahren eignet sich zur Trennung von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten (die sich nicht vermischen lassen) mit unterschiedlicher Dichte (z. B. Öl und Wasser). Hierfür wird ein spezieller Scheidetrichter verwendet, dessen Ventil sich am unteren Teil befindet. Sobald die beiden Flüssigkeiten klar voneinander getrennt sind, wird das Ventil geöffnet, und die Flüssigkeit mit der höheren Dichte fließt zuerst ab. Es ist wichtig, die Grenzfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten genau zu beobachten.

• Destillation

  Dieses Verfahren eignet sich zur Trennung von zwei mischbaren Flüssigkeiten mit sehr unterschiedlichen Siedetemperaturen oder zur Trennung eines gelösten Feststoffs aus einer Flüssigkeit. Die Mischung wird in einen Behälter gegeben und erhitzt. Wenn die Temperatur den Siedepunkt der ersten Flüssigkeit erreicht, verdampft diese, steigt auf und wird in einem Kühlrohr kondensiert, wo sie abkühlt und als Reinstoff aufgefangen wird.

• Chromatographie

  Dient zur Trennung der Komponenten eines Gemisches durch Nutzung ihrer unterschiedlichen Affinitäten zu einer stationären und einer mobilen Phase. Es gibt verschiedene chromatographische Techniken, aber alle umfassen eine mobile Phase (Flüssigkeit oder Gas) und eine stationäre Phase (oft ein Feststoff). Der Erfinder dieser Technik war der russische Botaniker Michail Tswett, dessen erste Anwendung die Trennung von pflanzlichen Pigmenten wie Chlorophyll war.