Im Bereich der Stofftrennung gibt es zwei große Trennverfahren, physikalische und chemische Trennverfahren.
Physikalische Trennmethoden beruhen auf Grund unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften von Gemenge-Bestandteilen (Löslichkeit, Siedepunkt) und somit können Gemische/Gemenge getrennt werden. Nicht zu verwechseln zu dem Begriff “physikalische Trennmethoden” ist der Begriff “chemische Trennmethoden”. Bei den chemischen Trennverfahren werden Verbindungen mithilfe von chemischen Eigenschaften (z.B. Dissoziationsenergie, Normalpotential) mithilfe von Reaktionen Verbindungen in Elemente gespalten.
Zusammengefasst: Die Trennung von Stoffgemischen/gemengen beruht auf der Ausnutzung der unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften der beteiligten Reinstoffe .
Bedeutung von Trennverfahren:
In der Natur liegen die meisten Stoffe als Verbindungen, Gemische bzw. Gemenge vor. Für Anwendungen z.B. Medizinprodukte müssen aber Reinstoffe vorliegen. Deshalb sind Verfahren zur Stofftrennung von außerordentlicher Bedeutung. Im Folgenden werden chemische Trennverfahren vorgestellt.
Elektrolyse:
Die Elektrolyse ist ein Prozess, bei dem ein elektrischer Strom in einer Elektrolytlösung eine Redoxreaktion erzwingt, z.B. zur Gewinnung von Metallen oder Herstellung von Wasserstoff. Sind in einer Elektrolytlösung mehrere reduzierbare Kationen vorhanden, so werden zunächst die Kationen reduziert, die in der elektrochemische Spannungsreihe ein positiveres (schwächer negatives) Potential haben.
Eine Kernreaktion ist ein Prozess, bei dem durch Zusammenstoß eines Atomkerns mit einem anderen Kern oder Teilchen mindestens ein Kern umgewandelt wird. Die wohl bekannteste Kernreaktion findet im Kern der Sonne statt. Dort herrscht eine Temperatur von mehr als 15 Millionen °C und ein Druck von circa 300 Milliarden bar. Bei der Kernreaktion verschmelzen Wasserstoffatome zu einem Heliumkern.
Chemische Trennmethoden beziehen sich auf die Verfahren, mit denen verschiedene Komponenten einer chemischen Verbindung oder Mischung voneinander getrennt werden können.
Zwei Beispiele für chemische Trennmethoden sind Destillation und Chromatographie.
Destillation funktioniert, indem eine Lösung erhitzt wird, um eine Komponente zu verdampfen. Der Dampf wird dann abgekühlt und kondensiert, um die flüchtige Komponente zu isolieren.
Chemische Trennmethoden werden häufig in der pharmazeutischen Industrie, der Lebensmittelindustrie und der chemischen Industrie verwendet.
Bei der Chromatografie wird eine Probe auf eine feste Phase (die stationäre Phase) aufgebracht. Die einzelnen Komponenten werden unterschiedlich stark an die feste Phase gebunden und werden daher unterschiedlich schnell durch die mobile Phase (Lösungsmittel) getrennt.
Die Hauptfaktoren, die die Wirksamkeit von chemischen Trennmethoden beeinflussen, sind die Eigenschaften der zu trennenden Stoffe, einschließlich ihrer Polarität, Größe und Löslichkeit, sowie die Bedingungen des Trennprozesses, einschließlich Temperatur und Druck.
Eine einfache Destillation ist am besten für die Trennung einer Flüssigkeit von Feststoffen oder einer Flüssigkeit von Flüssigkeiten mit einem großen Unterschied im Siedepunkt geeignet. Eine fraktionierte Destillation ist besser für die Trennung von Flüssigkeiten mit ähnlichen Siedepunkten.
In der Chromatografie bewegen sich polarere Stoffe typischerweise langsamer durch die stationäre Phase und werden daher langsamer getrennt als weniger polarere Stoffe.
Die Extraktion unterscheidet sich von anderen Trennmethoden, da sie auf der Selektivität der Löslichkeit unterschiedlicher Komponenten in verschiedenen Lösungsmitteln beruht, während andere Methoden auf Unterschieden in den physikalischen oder chemischen Eigenschaften der Komponenten beruhen.
Die Zentrifugation basiert auf dem Prinzip der Sedimentation, wobei dichtere Komponenten schneller sedimentieren und daher von weniger dichten Komponenten getrennt werden können.