Die Welt der Stoffe

Die uns umgebende Materie wird in Stoffgemische und Reinstoffe eingeteilt. Mithilfe von physikalischen Trennmethoden können Stoffgemische analysiert und in Reinstoffe getrennt werden. Diese Methoden nutzen wir auch im Alltag, z. B. beim Zubereiten von Tee oder in der Waschmaschine.

Arbeitsmittel

Einteilung der Materie

Schau dich um und betrachte die Stoffe, die dich umgeben! Die meisten Stoffe sind Gemische aus Reinstoffen. Beispielsweise ist die Luft, die uns umgibt, ein Gemisch aus verschiedenen Gasen. Leitungswasser ist kein reines Wasser, sondern beinhaltet darin gelöste Substanzen (z. B. Mineralstoffe). Messing, mit dem zum Beispiel Türgriffe vergoldet werden, ist eine Legierung aaus den metallischen Reinstoffen Kupfer und Zink. Milch ist eine Emulsion, das heißt, kleine Fetttröpfchen sind in Wasser verteilt.

Ein mit Messing überzogener Türgriff
Ein mit Messing überzogener Türgriff
Eine Milchkanne mit einem halbvollen Glas Milch, stehend auf Heu.
Milch ist eine Emulsion aus Wasser und Fett.
Milch unter dem Mikroskop
Milch unter dem Mikroskop: man erkennt in Wasser verteilte Fetttröpfchen.

Lerne Emulsionen hier noch genauer kennen!

Ein Gemisch kann durch eine physikalische Methode (wie z. B. Filtration, Destillation; diese werden im nächsten Abschnitt genauer behandelt) in Reinstoffe getrennt werden. Bei Reinstoffen unterscheidet man Verbindungen und Elemente. Eine Verbindung kann durch eine chemische Reaktion in ihre Elemente zerlegt werden. Beispielsweise kann man die Verbindung Wasser (H₂O) durch Elektrolyse in die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen.

Mit diesem Wissen kannst du bestimmt folgende Übersicht vervollständigen!

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Homogene und heterogene Gemische

Der Aggregatzustand (fest – flüssig – gasförmig) der beteiligten Komponenten ist ein wichtiges Kriterium, um homogene und heterogene Gemische weiter einzuteilen und zu ordnen. Beispielsweise sind die Bestandteile von Legierungen (einem homogenen Gemisch) fest, bei Lösungen ist die Hauptkomponente flüssig. Bei Suspensionen (einem heterogenen Gemisch) wie Schlamm und Blut liegen Feststoffe in Flüssigkeit vor.

Nahaufnahme der verschiedenen Gesteine in Granit.
Granit ist ein festes Gemenge (heterogenes Gemisch aus Feststoffen) aus verschiedenen Gesteinen.
Blut unter dem Mikroskop.
Blut ist eine Suspension. Feststoffe wie rote Blutkörperchen sind im Plasma verteilt.
Nahaufnahme von Badeschaum und dessen Bläschen.
Badeschaum ist ein heterogenes Gemisch, bei dem eine gasförmige Komponente (Luft) in Flüssigkeit vorliegt.

Lerne die Einteilung der Stoffgemische und Beispiele dazu noch genauer kennen!

Eine Übersicht über die Einteilung der homogenen und heterogenen Gemische findest du hier! Kannst du jeder Gruppe die Beispiele richtig zuordnen?

Trennmethoden

Jeder Reinstoff hat ganz bestimmte, für ihn typische Eigenschaften (z. B. Teilchengröße, Siedepunkt), in denen er sich von anderen Komponenten eines Gemischs unterscheidet. Dieses Wissen kann man nutzen, um einen Reinstoff vom restlichen Stoffgemisch abzutrennen. Die dabei gewonnenen Reinstoffe liegen dadurch aber nicht hundertprozentig rein vor. Die physikalischen Trennmethoden dienen einerseits der Gewinnung von Stoffen und andererseits der Analyse von Mischungen.

Bestimmt kennst du Trennmethoden aus dem Alltag: beim Zubereiten von Tee, beim Verwenden eines Nudelsiebs und bei der Einnahme einer Kohletablette werden sie angewendet. Weitere Anwendungsbereiche sind beispielsweise das Destillieren von Alkohol (Schnapsbrennen), das Trennen von Blut in seine Bestandteile (durch Zentrifugation) und die Verarbeitung von Erdöl.

Zwei Gläser Tee mit frischen Teeblättern.
Bei der Zubereitung von Tee und Kaffee wird das Prinzip der Extraktion angewendet.
In einer Hand liegende Kohletabletten.
Kohletabletten adsorbieren Substanzen. Dadurch werden bei Vergiftungen oder Durchfall Giftstoffe gebunden.
Eine Raffinerieanlage mit vielen Rohren.
In einer Erdölraffinerie wird Erdöl gereinigt und durch Destillation (Trennung nach dem Siedepunkt) in Fraktionen aufgetrennt.

Gewinnung von Kochsalz

Welche Eigenschaft eignet sich am besten dafür, ein Stoffgemisch zu trennen? Wer eine Trennung durchführen möchte, muss zunächst diese Frage beantworten können. Versuche es selbst, indem du aus Steinsalz reines Kochsalz gewinnst!

Destillation

Beim Schnapsbrennen, aber zum Beispiel auch bei der Gewinnung von ätherischen Ölen, wird die Destillation angewendet. Bei der Destillation wird ein Stoffgemisch vorsichtig erhitzt. Dadurch verdampft zuerst die Substanz mit dem niedrigsten Siedepunkt. Dieser Dampf wird aufgefangen und abgekühlt, sodass dieser kondensiert. Versuche, eine Destillationsapparatur aufzubauen und damit aus Wein Ethanol zu gewinnen!

Chromatographie

Die Chromatographie ist eine Trennmethode zur Analyse von Stoffgemischen. Dabei wird ein Stoffgemisch mithilfe einer Flüssigkeit transportiert. Die einzelnen Bestandteile sind unterschiedlich stark löslich und haften unterschiedlich stark auf dem Untergrund. Dadurch werden sie unterschiedlich weit mitgenommen und voneinander getrennt.

Ein Blatt Papier mit Farbübergang von hell nach dunkel.
Chromatographie von Blattfarbstoffen (Dünnschichtchromatographie)

Führe selbst eine Chromatographie durch!

Hier findest du eine Übersicht über die unterschiedlichen Eigenschaften, die bei den Trennmethoden genutzt werden. Bestimmt findest du die fehlenden Begriffe und entsprechende Beispiele!

Verbindungen und Elemente

Zurzeit sind über 150 Millionen chemische Verbindungen bekannt. Diese bestehen aus zwei oder mehreren Elementen, die durch chemische Bindungen zusammengehalten werden. Es gibt 118 Elemente, wovon 94 auf der Erde natürlich vorkommen (manche davon nur in sehr geringen Mengen). Bei 80 Elementen existiert eine stabile Form, 38 Elemente sind radioaktiv (d. h. instabil). Möchtest du die Elemente genauer kennenlernen? Du findest sie im Periodensystem der Elemente!

Elemente sind die Grundstoffe von Verbindungen und chemischen Reaktionen. Die kleinstmögliche Menge, in der ein Element vorliegt, ist ein Atom. Die meisten Elemente sind Metalle (z. B. Aluminium, Kalium, Eisen, Kupfer, Silber, Gold). 16 Elemente sind natürlich vorkommende Nichtmetalle (z. B. Stickstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff, Chlor). Die Halbmetalle (z. B. Silicium, Arsen, Selen) haben Eigenschaften der Metalle und der Nichtmetalle.

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