Die Welt der Stoffe

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 aus den metallischen Reinstoffen Kupfer und Zink. Milch ist eine Emulsion, das heißt, kleine Fetttröpfchen sind in Wasser verteilt.

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.

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.

Stoffgemische-Puzzle

Lerne die Einteilung der Stoffgemische und Beispiele dazu noch genauer kennen! Ziehe dazu den Begriff in ein passendes Feld!

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.

Gewinnung von Kochsalz

Welche Methode 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!

Destillations-Puzzle

Baue eine Destillationsapparatur, um aus Wein Weinbrand (Weindestillat) zu gewinnen! Ziehe dazu die entsprechenden Teile auf die passende Stelle!

Chromatographie

Eine Trennmethode, die der Analyse von Stoffgemischen dient, ist die Chromatographie. Dabei wird ein Stoffgemisch mit Hilfe einer Flüssigkeit transportiert. Je nach Löslichkeit der Bestandteile und der Haftung auf dem Untergrund. werden sie unterschiedlich weit mitgenommen und dadurch voneinander getrennt.

Führe selbst eine Chromatographie durch!

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).

Periodensystem der Elemente

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.