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.
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.
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).
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.
Die Stofftrennung ist der Prozess zur Trennung eines Stoffgemisches in seine einzelnen Bestandteile. Dies ist wichtig, um reine Substanzen zu erhalten, die für verschiedene Zwecke verwendet werden können.
Die Hauptmethoden der Stofftrennung sind die Destillation, Extraktion, Chromatographie, Filtration, Zentrifugation, und Siebung.
Die Destillation ist eine Trennmethode, bei der ein Stoffgemisch erhitzt wird, um die Komponenten mit verschiedenen Siedepunkten zu trennen.
Eine Extraktion in der Stofftrennung ist das Herauslösen eines Stoffes aus einer festen oder flüssigen Phase durch ein Lösungsmittel.
Die Chromatographie ist eine Trennmethode, bei der die verschiedenen Bestandteile eines Stoffgemisches aufgrund ihrer unterschiedlichen Wechselwirkungen mit einer stationären und einer mobilen Phase getrennt werden.
Die Filtration ist eine Methode zur Trennung von Feststoffen aus einer Flüssigkeit oder einem Gas.
Die Zentrifugation wird verwendet, um Bestandteile eines Stoffgemisches zu trennen, die durch die Wirkung der Zentrifugalkraft unterschiedliche Sinkgeschwindigkeiten haben.
Die Methode der Siebung wird angewendet, um Partikel unterschiedlicher Größe in einem Stoffgemisch zu trennen.
Bei der Stofftrennung werden physikalische Eigenschaften wie Siedepunkt, Löslichkeit, Dichte und Partikelgröße genutzt.
Bei der fraktionalen Destillation werden Stoffgemische getrennt, deren Komponenten ähnliche Siedepunkte haben. Die Stoffe werden nacheinander bei der jeweiligen Siedetemperatur abdestilliert.