Stofftrennung
Wenn Stoffe in Gemischen vorliegen, können diese Gemische aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Stoffe wieder in ihre Einzelbestandteile (Stoffkomponenten) oder in Stoffgruppen ähnlicher Eigenschaften getrennt werden. Solche Trennverfahren werden auch im Haushalt ausgeführt. Nachdem Du in diesem Abschnitt verschiedene Trennverfahren kennengelernt hast, werden am Schluss komplexere Gemische durch Kombination verschiedener Verfahren getrennt.
Manuelles Sortieren
Wenn die einzelnen Komponenten groß genug sind, können sie durch
manuelles Sortieren (Auslesen) voneinander getrennt werden.
Versuch:
Untersuchen eines Rohrreinigers
Magnetisches Sortieren
Mit Hilfe eines Magneten können solche Stoffe aus einem Gemisch entfernt
werden, die vom Magneten angezogen werden. So werden z. B. Eisenteile aus dem Hausmüll
in Müllverwertungsanlagen mit einem großen Magneten vom restlichen Müll
getrennt.
Sieben
Durch ein Sieb werden die Bestandteile eines Gemisches aufgefangen, die die
Löcher des Siebes nicht passieren können. Das kennst Du bestimmt noch aus dem
Sandkasten. Während der Sand das Sieb passiert, werden die Steine aufgefangen. Im
Haushalt werden häufig Küchensiebe, Teesiebe oder Durchschläge benutzt.
Wer Dieselkraftstoff in Metallkanistern aufbewahrt, verwendet zum Einfüllen des
Kraftstoffs in den Tank in der Regel einen Trichter mit einem integrierten Sieb. Dieses
soll abgesplitterten Lack oder Rost aus dem Kanister vom Benzin trennen. In der Chemie
gibt es sogar Siebe, die Stoffe unterschiedlicher Molekülgröße trennen
(Molekularsiebe).
Filtrieren
Wenn ein Sieb zum Trennen eines Stoffgemisches nicht ausreicht, werden
Filterpapiere benutzt. Beim Tee- oder Kaffeekochen verwendet man Tee- bzw. Kaffeefilter.
Der Fruchtsaft gekochter Früchten, der zu Gelee weiterverarbeitet werden soll, wird
häufig durch ein Leinentuch gepresst und auf diese Weise filtriert. In Autos und
Motorrädern befindet sich in der Benzinleitung ein Benzinfilter, der den Motor vor
Verunreinigungen im Benzin schützen soll.
Sedimentieren und Dekantieren
Aufgrund einer größeren Dichte setzten sich Stoffe in einer
Flüssigkeit, in der sie sich nicht lösen lassen, am Boden des Gefäßes
ab (sedimentieren). Dies ist z. B. beim Fruchtfleisch von Fruchtsäften oder bei der Hefe
in Weizenbier der Fall. Durch Abgießen der überstehenden Lösung (Dekantieren)
kann die Flüssigkeit vom Sediment getrennt werden. In den angegebenen Beispielen ist dies
jedoch nicht wünschenswert. Bei Weinen wird das Dekantieren jedoch als Trennmethode
vollzogen. Da in gelagerten Weinflaschen verschiedene Stoffe, wie z. B. Weinstein oder
restliche Traubenbestandteile sedimentieren können, werden diese durch Dekantieren
des Weins in einen Weinkrug oder eine Weinkaraffe abgetrennt.
Zentrifugieren
Während beim Sedimentieren nur die Erdanziehungskraft (Erdbeschleunigung)
auf die Bestandteile des Gemisches wirkt, wird das Gemisch beim Zentrifugieren so stark
beschleunigt, dass eine viel höhere Kraft wirkt. Diesen Vorgang kennst Du
vielleicht von einem Entsafter für Obst oder vom Schleudergang einer Waschmaschine.
Beides verbindet jedoch den Vorgang des Zentrifugierens mit dem des Siebens, da das
Fruchtfleisch im Entsafter und die Wäsche in der Maschine durch ein Sieb (bzw.
die Wäschetrommel) aufgefangen werden.
Trennen durch Sublimation
Wenn sich in einem Stoffgemisch aus Feststoffen ein Stoff befindet,
der die Eigenschaft zum
Sublimieren besitzt, kann dieser durch vorsichtiges
Erwärmen und anschließendes
Resublimieren vom Gemisch getrennt werden.
Lösen und Extrahieren
Unterschiedliche feste und flüssige Stoffe lösen sich unterschiedlich
gut in Flüssigkeiten. So zeigen die Aromastoffe aus Kaffee eine gute Löslichkeit in
heißem Wasser, während die pflanzlichen Bestandteile des Kaffees (Kaffeesatz) sich
nicht im Wasser lösen. Eine solche Stofftrennung, die auf der unterschiedlichen
Löslichkeit von Stoffen basiert, heißt Extraktion.
Auch Gase können sich in Wasser lösen, wie z. B. in Mineralwässern,
die inzwischen durch Mineralwasserzubereiter auch zuhause hergestellt werden können.
Hierbei wird unter großem Druck Kohlendioxidgas aus einer Druckgasflasche in das
Leitungswasser gepresst.
Die Temperatur des Lösungsmittels spielt beim Lösevorgang
ebenfalls eine Rolle. So lösen sich z. B. Gase in der Regel besser in kaltem
Wasser. Wenn man ein solches Gas-Wasser-Gemisch erwärmt, wird das Gas wieder
ausgetrieben.
Adsorbieren
Manche Stoffe haben die Eigenschaft an bestimmten Materialien gut zu haften.
So bleibt z. B. Zigarettenrauch an Gardinen haften und macht diese mit der Zeit gelb. Man
kann die Bestandteile des Rauchs auch am Gardinenstoff riechen. Dieser Vorgang heißt
Adsorption. Kohletabletten, die gegen bakteriell ausgelösten Durchfall helfen, bestehen
aus Aktivkohle, einem besonders guten Adsorptionsmittel. Es wirkt wie die Gardine im ersten
Beispiel und adsorbiert die Bakterien und deren toxische (giftige) Stoffwechselprodukte im
Darm, so dass diese mit der Aktivkohle ausgeschieden werden können. Auf diese Weise
bleiben nur Wasser und Elektrolyte (Salze) im Darm zurück, der sich anschließend
regenerieren (erholen) kann.
Aktivkohle hat ähnlich einem Schwamm sehr viele Poren in den unterschiedlichsten
Formen. Die Wände dieser Poren ergeben zusammen eine besonders große
Oberfläche, an der Schmutzteilchen oder andere Stoffe hängen bleiben
(adsorbiert werden) können. So kann durch Ausschütteln mit Aktivkohle
sogar Kaffee wieder in eine klare Flüssigkeit überführt werden.
Chromatographieren
Dieses Wort kommt von den beiden griechischen Wörtern chroma:
Farbe und graphein: schreiben. Mit Hilfe der Chromatographie können z. B.
Farbstoffe aus Filzstiften getrennt werden. Die Filzstiftfarben werden auf ein Papier
aufgetragen und dieses in eine Flüssigkeit (z. B. Wasser) gestellt, so dass
die Farbpunkte nicht in die Flüssigkeit tauchen sondern darüber stehen. Die
Flüssigkeit beginnt langsam von unten nach oben durch das Papier zu wandern.
Hierfür sind die Kapillarkräfte verantwortlich. Dieses Phänomen kennst
Du vielleicht von einem Schwamm, der sich langsam voll saugt. Wenn die Filzstiftfarben
in der Flüssigkeit löslich sind, beginnen sie ebenfalls mit zum oberen
Papierrand zu wandern. Sie tun dies in der Regel aber nicht so schnell, wie die
Flüssigkeit, da sie trotzdem am Papier haften, also vom Papier adsorbiert werden.
Wenn eine solche Filzstiftfarbe aus mehreren Farbstoffen gemischt ist, können die
einzelnen Farbkomponenten ebenfalls sichtbar werden, denn auch sie lösen sich
unterschiedlich gut in der Flüssigkeit und werden unterschiedlich stark vom Papier
adsorbiert. So werden die einzelnen Farbstoffe der Filzstiftfarbe sichtbar getrennt.
Ein solches Verfahren heißt Papierchromatographie, da das Trägermaterial
aus Papier besteht.
Wenn eine Folie mit einer weißen, adsorptionsfähigen Schicht als
Trägermaterial verwendet wird, heißt dies Dünnschichtchromatographie.
Mit beiden Verfahren können auch nichtfarbige Stoffgemische, wie z. B. Inhaltsstoffe von
Gewürzen aufgetrennt werden. Das Trägermaterial wird dann mit einem Reagenz
besprüht, das mit den aufgetrennten Stoffen eine Farbreaktion eingeht und so die
einzelnen Bestandteile sichtbar macht.
Kombination verschiedener Trennverfahren
Komplexe Stoffgemische, deren Komponenten unterschiedliche Eigenschaften besitzen, können
durch Kombination verschiedener Trennverfahren voneinander getrennt werden.
Versuche:
Reinigung von verschmutztem Wasser
Untersuchen von Coca-Cola
Dünnschichtchromatographie von Inhaltsstoffen in Gewürzen
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