Stofftrennung – Trennung von Stoffgemischen

Damit wir ein Stoffgemisch trennen können, benötigen wird sowohl das Wissen über seine charakteristische Stoffeigenschaften, als auch die Erkenntnis, dass ein Stoffgemisch vorliegt.

Ob ein Stoff als Reinstoff oder Gemisch vorliegt, können wir unter Umständen mit bloßem Auge erkennen oder durch die Messung der Schmelztemperatur (bei festen Stoffen) bzw. Messung der Siedetemperatur (bei flüssigen Stoffen).

Leider liegt kaum ein Stoff in der Natur in reiner Form vor (der Stoff enthält meist noch „Verunreinigungen“). Daher handelt sich bei den meisten Stoffen auch aus Stoffgemischen aus zwei oder mehreren Reinstoffen, die eben als homogenes oder heterogenes Stoffgemisch in der Natur vorliegen.

Methoden zur Stofftrennung

Nach der allgemeinen Definition einer chemischen Reaktion (siehe Kapitel „Stoffumwandlungen“) findet bei der Vermischung von Stoffen zu einem Gemisch keine chemische Reaktion statt. Für diese Stoffgemische lassen sich aber (physikalische) Eigenschaften wie beispielsweise Dichte bestimmen bzw. angeben (für das Gesamtgemisch). Da die einzelnen Komponenten aber unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben, lassen sich die Stoffgemische durch physikalische Trennverfahren in ihre einzelnen Komponenten auftrennen. Nachfolgend sehen wir uns einige dieser Trennverfahren an:Haben die einzelnen Komponenten eine unterschiedliche Dichte oder Löslichkeit sind mehrere Trennverfahren vorstellbar: So kann man das Verfahren des Sedimentierens, Dekantierens und Siebens/Filtrierens anwenden.

  • Sedimentieren und Dekantieren (für Suspensionen)

Durch Sedimentieren und Dekantieren werden heterogene Stoffgemische (in der Regel Suspensionen) relativ leicht getrennt. Der in einer Suspension fein verteilte ungelöster Feststoff kann durch Sedimentieren getrennt werden. Meist lässt man das Gemisch einige Zeit stehen, so dass die Feststoff-Teilchen auf den Boden sinken und sich dort absetzen (aufgrund der Schwerkraft). Bei diesem Verfahren wird die unterschiedliche Dichte der einzelnen Komponenten ausgenutzt (die schwere Komponente sinkt auf den Boden). Liegt nun ein Stoffgemisch vor (wie beispielsweise beim Meerwasser), das aus mehreren Einzelstoffen besteht, so setzen sich mehrere Komponenten ab. Dabei lagern sich die Teilchen entsprechend ihrer Dichte ab, dabei entsteht eine sogenannte Schichtung.

Nun können wir das Stoffgemisch in einzelnen Komponenten auftrennen. Hat sich die schwere Komponente der Suspension am Boden abgesetzt, so kann die Flüssigkeit, die sich über dieser Komponente befindet, vorsichtig abgegossen werden. Diesen Vorgang (des Abgießens nennt man Dekantieren).

  • Sieben und Filtrieren (für Suspensionen)

Manchmal kann man eine Suspension nicht in einzelne Komponenten auftrennen, dies liegt dann daran, dass der Feststoff in der Flüssigkeit zu fein verteilt ist und/oder sich nicht auf den Boden absetzt. Damit du das Stoffgemisch dennoch trennen kannst, musst du das Gemisch Sieben oder Filtrieren. Dabei eignet sich das Sieben nur dazu, um größere Stoffteilchen abzutrennen.

Wie beim Dekantieren wird auch das Sieben zur Trennung von heterogenen Stoffgemischen, also dem Abtrennen von festen unlöslichen Stoffen aus einer
Flüssigkeit verwendet. Das Sieb „hält“ dabei die Bestandteile im Sieb zurück, die die Löcher bzw. die Maschenweite des Siebes nicht passieren können (Beispiel aus dem Alltag: Abgießen von gekochten Nudeln, Abtrennung der Nudeln vom Wasser).

Nicht jede Feststoffteilchen lassen sich durch Sieben aus einer Suspension abtrennen. Um auch kleine Feststoffteilchen aus der Suspension abzutrennen, verwendet man einen Filter. Einen Filter kannst du wie einen Kaffeefilter vorstellen, man verengt dabei die Maschenweite eines Siebes immer weiter, bis man mit bloßem Auge keine Löcher mehr sieht. Beim Filtrieren einer Suspension bleibt dabei der Feststoff im Filter zurück, diesen nennt man (Filter-)Rückstand. Die Flüssigkeit, die durch den Filter filtriert wurde, nennt man Filtrat.

Zusammengefasst: Beim Sieben werden die Stoffteilchen einer groben Komponente (weitere fein verteilte Stoffteilchen gehen durch das Sieb) im Sieb zurückgehalten. Beim Filtrieren einer Suspension hingegen trennt man alle Feststoffteilchen ab, diese bleiben im Filter zurück. Aufgrund des schnellen und einfachen Trennprinzips ist die Filtration heutzutage ein sehr wichtiges Verfahren zum Abtrennen von Feststoffen aus Flüssigkeiten und Gasen.

Weitere Trennverfahren

  • Eindampfen: Dieses Verfahren verwendet man hauptsächlich bei Salzlösungen. Dabei wird das salzhaltige Wasser erhitzt. Dabei verdampft das Wasser und das Salz bleibt zurück.
  • Destillation: Dieses Verfahren verwendet man bei Lösungen und Suspensionen, um einzelne Komponenten aufgrund ihrer unterschiedlichen Siedetemperatur abzutrennen. Dabei wird aus dem Gemisch eine Flüssigkeit verdampft (der Stoff mit der niedrigeren Siedetemperatur verdampft zuerst), abgetrennt und abgekühlt. Der Dampf kondensiert dabei und wird als Flüssigkeit erhalten.
  • Magnetscheidung: Beim Magnetscheiden trennt man mit Hilfe eines Magnets magnetische Stoffe von nicht-magnetischen Stoffen ab.