Stofftrennung

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).

Liegt uns nun ein flüssiges Stoffgemisch vor, so können wir dieses mit Hilfe der sogenannten Destillation (als Verfahren zur Stofftrennung) in einzelne Stoffe. Allgemein verwenden wir die Destillation als Trennverfahren, um Flüssigkeitsgemische mit unterschiedlicher Siedetemperatur der einzelnen Komponenten voneinander zu trennen. Aufgrund seiner Bedeutung ist die Destillation heutzutage eines der wichtigsten Trennverfahren überhaupt, beispielsweise um aus Rohöl Benzin zu gewinnen.

Aus diesem Grund soll nun das Trennverfahren der Destillation einfach und kurz dargestellt werden:

Die Destillation als Methode zur Stofftrennung

Nach der allgemeinen Definition findet bei der Vermischung von Stoffen keine chemische Reaktion statt. Daher „behalten“ die einzelnen Stoffe in dem Stoffgemische (teilweise) ihre Eigenschaften wie die Siedetemperatur. Aus diesem Grund Stoffgemische lassen sich durch physikalische Trennverfahren (wie z.B. der Destillation) in ihre Komponenten zerlegen bzw. einzelne Komponenten aus dem Stoffgemisch abtrennen.

Nachfolgend ist eine (einfache) Destillationsapparatur abgebildet, so wie sie im Labor verwendet wird.

Destillationsapparatur

Im Prinzip ist der Vorgang bei der Destillation immer der gleiche:

Bevor wir allerdings mit der Destillation beginnen, überzeugen wir uns, dass die zu trennenden Stoffe unterschiedliche Siedepunkte haben. Um eine (einfache) Destillation sinnvoll durchführen zu können, sollten die Siedepunkte der einzelnen Stoffe 30°C auseinander liegen.

  1. Im ersten Schritt wird das Stoffgemisch in einen geeigneten Rundkolben gegeben und ein paar Siedesteinchen zugegeben (um einen Siedeverzug zu verhindern).
  2. Zusätzlich wird der Kühler vorbereitet, dazu wird von einer Wasserleitung ein Schlauch an den Kühler angeschlossen (beim Kühlwasser-Einlass)
  3. Im zweiten Schritt wird die Destillationsapparatur aufgebaut, dazu wird der Rundkolben mit einer Wärmequelle (meist ein Heizpilz) verbunden, der Destillieraufsatz mit dem Thermometer wird auf den Rundkolben gesetzt. An der Destillieraufsatz wird der Kühler angefügt. Unter dem Destilliervorstoß des Kühlers wird ein Auffanggefäß gestellt, um das Destillat aufzufangen.
  4. Nachdem das Kühlwasser durch den Kühler fließt (Wasserhahn aufdrehen) wird die Wärmequelle eingeschaltet.
  5. Nun wartet man, bis die Flüssigkeit im Rundkolben siedet. Dabei verdampft zunächst die Flüssigkeit mit der niedrigsten Siedetemperatur.
    Im Kühler wird nun der heiße Dampf abgekühlt und kondensiert (der Dampf wird wieder flüssig). Aus dem Kühler läuft nun die Flüssigkeit (Destillat) in das Auffanggefäß.
  6. Möchten wir noch einen weiteren Stoff aus dem Stoffgemisch entfernen, so entfernen wir das Auffanggefäß, stellen eine neues (leeres) unter den Kühler und erhöhen schließlich die Temperatur, mit dem das Stoffgemisch im Rundkolben erhitzt wird. Durch die weitere Temperaturerhöhung wird dabei erreicht, dass die nächste Flüssigkeit verdampft und abgetrennt wird.

Destillation am Beispiel Wasser-Alkohol

Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Destillation eine Methode zur Trennung flüssiger Gemische, wobei die verschiedenen Stoffe im Stoffgemisch verschiedene Siedepunkte haben.

Dies für das Wasser-Alkohol-Gemisch gegeben. Das Flüssigkeitsgemisch besteht aus zwei Flüssigkeiten. Darüber hinaus haben sie zwei unterschiedliche Siedetemperaturen, die auch weit genau auseinander liegen, um den Alkohol abzutrennen. Unter Laborbedingungen siedet Wasser bei 100°C. Der Siedepunkt von Alkohol ist niedriger und liegt bei 78°C. Alkohol ist also der „flüchtigere“ Stoff mit der niedrigeren Siedetemperatur.

Erhitzt man nun das Gemisch von Alkohol und Wasser, so erreicht der Alkohol (bei ca. 80°C) als erste Komponente den Siedepunkt und beginnt zu Sieden bzw. zu Verdampfen. Daher enthält der aus dem Rundkolben aufsteigende  Dampf viel mehr Alkohol als Wasser.

In der oben gezeigten Destillationsapparatur wird nun der Dampf am Destillieraufsatz durch einen Kühler abgeleitet und abgekühlt.  Dadurch kondensiert der Dampf und wird flüssig (wir haben nun also flüssigen Alkohol). Diese Flüssigkeit wird nun am „Ausgang“ des Kühlers mit einem Auffanggefäß aufgefangen.