Gemische

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Gemenge sind Stoffgemische und können ihre Bestandteile in ganz beliebigem Mischungsverhältnis enthalten, sie besitzen die Eigenschaften ihrer Bestandteile. Gemenge sind oft aus physikalischem Wege trennbar.

                  Stoff

Reinstoff                           Gemenge (Gemisch)

Reiner Stoff Ein reiner Stoff liegt vor, wenn bei fortschreitender zerteilung in immer kleinere teilchen diese immer wieder die gleichen Eigenschaften zeigen. Ein Stück Eisen kann durch mechanische Bearbeitung bis zu feinstem Pulver zerlegt werden. Diese kleinen Teilchen zeigen alle die gleichen, für Eisen charakteristischen Eigenschaften. Eisen ist ein reiner Stoff. Dasselbe gilt z.B. für Kupfer, Schwefel oder Kochsalz.

Gemenge Verreibt man aber feines Eisenpulver mit fein pulverisiertem Schwefel, dann erhält ma ein Gemenge der beiden Stoffe. Natürlich Gemenge sind die Gesteine, die aus ganz verschiedenen Stoffen bestehen. Bei der mechanischen Zerteilung von Gemengen werden Teilchen gefunden, welche unterschiedliche Eigenschaften haben. Man findet so viele Teilchensorten mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie reine Stoffe in diesem Gemenge enthalten sind. So lässt sich aus dem Gemenge von Eisen und Schwefel das grauschwarze Eisen leicht mit einem Magneten herausziehen und abtrennen oder der gelbe Schwefel mit einem geeigneten Lösemittel herauslösen.

Homogene und heterogene Struktur Gemenge können bei äußerlicher Betrachtung homogen = einheitlich wirken wie Milchkaffee oder Messing, oder man erkennt mit bloßem auge oder mit der Lupe eine heterogene = uneinheitliche Struktur wie bei dem Gemenge von Eisen- und Schwefelpulver, bei Granit oder bei buntem Marmor.

Trennmethoden Die meisten Gemenge sind durch einfache physikalische Methoden voneinander trennbar. Solche Trennmethoden sind unter anderem: Filtrieren - Faffeefilter, Ölfilter Zentrifugieren - Wäscheschleuder Ausschmelzen - Schwefel aus Gestein Herauslösen (Extraktion) - Öl aus Ölfrüchten Eindampfen - Salz aus Meerwasser Destillieren - Benzin aus Erdöl

Destillation, fraktionierte Destillation Die Destillation ist der Vorgang des Verdampfens und anschließenden Kondensierens einer Flüssigkeit: Erhitzt man eine Flüssigkeit bis zum Sieden, so beginnt sie zu verdampfen. Kühlt man den entweichenden Dampf ab, so kondensiert er, d.f. Er wird flüssig. Flüssigkeitsgemische, deren Bestandteile unterschiedliche Siedepunkte haben, lassen sich durch Destillation trennen. Siedet das Flüssigkeitsgemisch, so verdampft der Bestandteil mit dem niedrigsten Siedepunkt am stärksten und kann getrennt von den anderen als (erster) Anteil, genannt Fraktion, nach der Kondensation aufgefangen werden. In gleicher Weise trennt man das Gemisch in weitere Fraktionen: fraktionierte Destillation oder Siedetrennung. So kann man Erdöl durch fraktionierte Destillation in Benzin, Dieselöl, Heizöl und Schmieröle trennen.

Einteilung reiner Stoffe Die reinen Stoffe lassen sich einteilen in Grundstoffe = Elemente, auf die sich sämtliche Stoffe zurückführen lassen, und zusammengesetzte Stoffe = Verbindungen, die durch chemische Vereinigung von Elementen entstanden sind:

                 reine Stoffe 

Elemente Verbindungen

Elemente Die Elemente sind als Grundstoffe nicht mehr in einfachere Stoffe zerlegbar.

Verbindungen Verbindungen haben ganz andere Eigenschaften als die Elemente, aus denen sie aufgebaut sind. So ist Kochsalz eine Verbindung der Elemente Natrium und Chlor. Wie groß der Unterschied zwischen der Verbindung und den sie aufbauenden Elementen ist, zeigt folgender Vergleich:

Natrium Chlor Kochsalz Natrium ist ein weißes, Chlor ist ein grünes, Kochsalz ist ein fester, weiches Metall, das giftiges Gas. farbloser, ungiftiger heftig mit Wasser kristalliner Stoff. reagiert.

Verbindungen kann man nicht mit einfachen physikalischen Trennmethoden wie Filtrieren, Zentrifugieren usw. in ihre elementaren Bestandteile zerlegen.

Homogenisierung Unter Homogenisierung versteht man die Herstellung einer einheitlichen (homogenen) Mischung verschiedener, nicht ineinander löslicher Komponenten einer Lösung. Während dies bei Feststoffen meist schon durch Rühren gelingt, muss bei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten aufgrund von Dichteunterschieden die zu dispergierende Flüssigkeit bis zu einer gewissen Tröpfchengröße zerkleinert werden, da sie sich ansonsten sehr schnell wieder von der anderen Flüssigkeit trennt.

Ein bekanntes Beispiel ist die Homogenisierung der Milch. Ziel der Homogenisierung ist es, den mittleren Durchmesser der in der Milch vorhandenen Fettglobule (mittlerer Durchmesser der native Globule 10-30 µm) unter hohem Druck (150-300 bar) stark zu reduzieren (mittlerer Tropfendurchmesser 1-2 µm), damit die Milch leichter verdaut werden kann. Im Homogenisator wirksame Kräfte sind Scher-/Dehnkräfte, Prallströmungen, aber hauptsächlich Kavitation. Physikalisch gesehen kann zwar eine so prozessierte Milch immer noch Aufrahmen, allerdings steigt der für eine sichtbare Aufrahmung benötigte Zeitrahmen sehr stark an, so dass man über die Produktlebensdauer vereinfacht von einer "Aufrahmungsstabilität" spricht. Die Homogenisierung führt allerdings nicht dazu, dass die Milch aus mikrobieller Sicht länger haltbar wird. Einige Ernährungskritiker merken zudem an, dass die durch die Homogenisierung stark zerkleinerten Fetttröpfchen leichter durch die Darmwand ins Blut wandern und so eine Ursache für Allergien darstellen könnten. Bei der Milch geschieht diese "Zerkleinerung" der Fetttröpfchen, indem die Milch unter hohem Druck auf eine Metallplatte gespritzt wird.

Sedimentieren und Dekantieren Beim Sedimentieren lässt man eine mit einem unlöslichen Feststoff verunreinigte Flüssigkeit, z.B. eine Suspension, länger stehen, wobei sich der Feststoff als Sediment absetzt. Das Abgießen der überstehenden Flüssigkeit heißt Dekantieren. Die beiden Verfahren werden im Haushalt angewandt, wenn man den Kaffee vom Kaffeesatz abgießt. Im Labor dienen sie zum Beispiel zur Trennung einer unlöslichen Ausfällung von Wasser.

Beim Aufschlämmen werden zwei Feststoffe mit unterschiedlicher Dichte durch einen Wasserstrom getrennt. So trennt sich in einem Fluss Kies und Sand. Die feinen Sandteilchen werden durch die Wasserströmung weiter transportiert, während sich der schwere Kies am Boden absetzt. Dieses Prinzip wird als technisches Verfahren beim Goldwaschen angewandt, wobei die goldhaltigen Sande aufgeschlämmt werden und sich die schweren Goldflitter danach am Boden absetzen.

Filtration Das zu trennende Gemisch läuft durch einen Filter, der zum Beispiel aus Papier oder Textilgewebe besteht. Die Partikel, die größer sind als die Porengröße des Filters, werden vom Filter zurückgehalten. Aus den zurückgehaltenen Partikeln bildet sich eine Schicht, der Filterkuchen. Nach dem Aufbau eines Filterkuchens werden auch Partikel zurückgehalten, die durch die Poren des Filters hindurchpassen würden, aber die den Filterkuchen nicht mehr durchdringen können.

Bei der Filtration können Feststoffe aus einer Suspension von einer Flüssigkeit abgetrennt werden. Das bekannteste Beispiel aus dem Alltag ist das Filtern von Kaffee in einer Kaffeemaschine. Im Filter bleibt der Rückstand zurück, der auch als Filterkuchen bezeichnet wird. Die durch den Filter durchfließende Flüssigkeit bildet das Filtrat.

Zentrifugieren Eine Zentrifuge ist ein technisches Gerät, das unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft die Bestandteile von Suspensionen, Emulsionen und Gasgemischen trennen kann. Beim Zentrifugieren wird eine Emulsion oder eine Suspension in ein starkwandiges Reagenzglas gegeben und in eine Zentrifuge gehängt. Durch eine schnelle Rotation entsteht eine Fliehkraft, wobei der Stoff mit der größeren Dichte ganz außen an den Boden des Reagenzglases "flieht". Beispiele: -Salatschleuder -Wäscheschleuder -Olivenöl -Seperatorenfleisch -bei Blutuntersuchungen zur Trennung der roten und weißen Blutkörperchen vom Blutplasma

Abdampfen Abdampfen (auch Eindampfen) bezeichnet das Erhitzen einer chemischen Lösung mit dem Ziel, das Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, von der gelösten Substanz zu trennen. Diese bleibt, sofern sie nicht flüchtig ist, als fester Rückstand zurück. Anders als bei der Destillation geht beim Eindampfen an der Luft das Lösungsmittel, beispielsweise als Wasserdampf, verloren. Ein Beispiel dafür stellt die Gewinnug von Meersalz dar.

Extraktion Extraktion ist ein physikalisches Stofftrennverfahren, bei dem mit Hilfe eines Extraktionsmittels (ein Lösungsmittel, gegebenenfalls erwärmt) eine Komponente aus einem Stoffgemisch gelöst wird: Das "Lösungsmittel" zieht den in ihm besser löslichen Stoff aus dem Gemisch (von Lat. "extrahere" = herausziehen). Beispiele: -Kaffeemaschine -duftendes Rosenöl aus Rosenblüten - Kaffee und Tee aus gerösteten und gemahlenen Kaffeebohnen (bzw. Teeblättern) und heißem Wasser

Papierchromatographie Die Papierchromatografie bzw. -graphie ist ein Trennverfahren der Chromatografie für kleine Substanzmengen. Das Wasser wird durch die Kapillarwirkung des Dochtes zum Filterpapier aufgesogen. Dann breitet es sich auf dem Filterpapier kreisförmig aus. Dabei werden die farben unterschiedlich strak mitgenommen. Dadurch werden die verschiedenen Bestandteile der Substanz getrennt. Die trennung erfolgt durch die unterschiedliche Adsorbierbarkeit der verschiedenen Bestandteile.

Herstellung von löslichem Kaffee Löslicher Kaffee wird in der Weise produziert, dass aus gemahlenem Röstkaffee ein starkes Konzentrat hergestellt wird. Aus diesem wird dann mittels Sprüh- oder Gefriertrocknung trockener Extrakt gewonnen. Die gängigste Handelsform ist der sog. Instantkaffee. Bei der Produktion von löslichem Kaffee (Instantkaffee) wird mit heißem Wasser aus gemahlenem Röstkaffee ein starkes Konzentrat hergestellt. Um aus dem Konzentrat den trockenen Extrakt zu gewinnen, gibt es zwei verschiedene Methoden: Sprühtrocknung: Der konzentrierte flüssige Kaffee wird dabei in einem Sprühturm fein zerstäubt. Ein Heißluftstrom verwirbelt die Kaffee-Tröpfchen, das Wasser verdampft und trockene kleine Hohlkügelchen bleiben zurück. Diese werden meist im sogenannten Agglomerationsverfahren leicht angefeuchtet, wodurch sie aneinander haften. Nach dem Trocknen bleibt die Agglomerationsstruktur erhalten. Gefriertrocknung: Das Konzentrat wird aufgeschäumt, bei minus 40 °C tiefgefroren und dann zerkleinert. Im Kälte-Vakuum geht das Eis aus dem gefrorenen unmittelbar in den dampfförmigen Zustand über. Übrig bleibt schonend getrockneter löslicher Kaffee mit grober Körnung.

Destillieren von Wein Der Stoff mit dem niedrigeren Siedetemperatur verdampft zuerst ( bei 78°C) und kondensiert aufgrund der Raumtemperatur im Kühlrohr. Aufgrund des Aussehens (farblos) und der Siedetemperatur (78°C) schließen wir daraus, dass es sich bei der Flüssigkeit um Alkohol handelt. Außerdem brennt die Flüssigkeit blau und riecht nach Alkohol (herb, scharf). Im Wein ist enthalten: Wasser, Alkohol, Farbstoffe. Das Alkohol siedet bei 78,3°C und das wasser bei 100°C und die anderen Feststoffe haben eine wesentlich höher Siedetemperatur. Deshalb lässt sich das Gemisch (hier: Wein) in seine verschiedenen Bestandteile trennen. Das ist möglicgn wegen der unterschiedlichen Siedtetemperaturen. Bei großen Unterschieden zwischen den Siedtemperaturen kann man das gemisch vollständig trennen.

                                                            Selcuk Anli