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Trennmethoden

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Chemie

In diesem Artikel stellen wir dir die verschiedenen Trennmethoden vor, die in der Chemie verwendet werden, um Stoffe qualitativ und quantitativ zu analysieren. Daher zählt dies zur Analytischen Chemie. 

Im Folgenden lernst du, welche Methoden dabei für heterogene Gemische verwendet werden können und welche tatsächlich besser auf homogene Gemische passen. Zum Abschluss kannst du mit ein paar Beispiel üben, warum du welche Methoden an welcher Stelle einsetzt. 


  • Trennmethoden heterogener Gemische
    • Sortieren 
    • Sedimentieren und Dekantieren 
    • Filtrieren 
    • Extraktion 
    • Abdampfen und Trocknen 
  • Trennmethoden homogener Gemische 



Trennmethoden heterogener Gemische


Bei heterogenen Gemischen handelt es sich um Gemische, deren Einzelbestandteile noch deutlich zu erkennen sind. Man spricht auch davon, dass sie aus mindestens zwei Phasen bestehen. Ein Beispiel dafür ist Granit, der aus drei verschiedenen Kristall-Arten besteht. 


Abbildung 1: Die drei Phasen des Granits (Quelle: via geothermie.de)


In dem Bild siehst du die unterschiedlichen Farben der Kristalle, die den Granit bilden. Alle Partikel einer Arten bilden die Phase. Granit besteht entsprechend aus drei Phasen. 


Sortieren 


Die erste Methode, die wir dir vorstellen, ist sicherlich die einfachste. Dabei werden feste Phasen nach erkennbaren Unterschieden räumlich getrennt. Das kann händisch erfolgen, wird aber immer häufiger automatisiert. 

Kriterien für die Sortierung können unter anderem die Teilchengröße, seine magnetischen Eigenschaften sowie die Dichte sein. 

Für Salze werden auf häufig elektrostatische Verfahren angewendet. Die unterschiedlichen Teilchen werden dabei unterschiedlich geladen und durch die Metallplatten auf beiden Seiten entsprechend der Pole angezogen. So lassen sich auch sehr feine Teilchen voneinander trennen. 


Sedimentieren und Dekantieren 


Diese Methode betrifft hauptsächlich Suspensionen, also fest-flüssige Gemische. In einigen Fällen können auch Emulsionen auf diese Weise getrennt werden. Normalerweise laufen diese Methoden auch mithilfe der Schwerkraft ab, wie es beim Dekantieren von Wein der Fall ist. Für die Sedimentation wird häufig eine Zentrifuge verwendet. Die suspendierten Feststoffe lagern sich damit deutlich schneller und effektiver ab.


Abbildung 2: Die Funktionsweise einer Zentrifuge (Quelle: via seilnacht.com)


Die Abbildung zeigt dir einen sehr simplen Aufbau einer Zentrifuge. Die Reagenzgläser werden in eine häufig annähernd horizontale Lage gebracht und schnell gedreht. Dabei entsteht häufig ein sehr großes Vielfaches der Erdanziehungskraft, weshalb nach nur kurzer Zeit der gleich Effekt entsteht wie beim normalen Ablagern mithilfe der Schwerkraft. 

Emulsionen müssen hinterher dank der Dichteunterschiede anschließend mit einem Scheidetrichter getrennt werden, um zu verhindern, dass sie sich wieder vermischen. 


Filtrieren 


Die dritte Methode, die wir dir kurz vorstellen, beschreibt das Filtrieren fester Stoffe aus Flüssigkeiten oder Gasen. Zum Filtrieren selbst wird häufig ein Filtrierpapier verwendet. Diese Methode findet allerdings auch sehr häufig Anwendung im Alltag. Vielleicht hast du schon einmal Sauerkirschen abgetropft, um einen Kuchen zu backen. Chemisch gesehen hast du dann gerade filtriert, denn du hast die feste Phase, die Sauerkirschen, von der flüssigen Phase, dem Kirschsaft, getrennt. 

Dieser Ablauf kann mithilfe von Druck oder Unterdruck beschleunigt werden. 


Extraktion 


Eine Extraktion basiert als Trennmethode auf dem Löslichkeitsverhalten zweier Stoffe. Dabei wird ein Lösungsmittel hinzugegeben, in dem sich nur einer der beiden Feststoffe löst. Danach wird sedimentiert bzw. dekantiert. Die Trennung des Lösungsmittels von einem gelösten Stoff kann durch Abdampfen erfolgen. 


Abdampfen und Trocknen 


Bevor wir uns den homogenen Stoffen zuwenden, gibt es noch eine letzte Methode der heterogenen Gemische. Hierfür spielen die Siedetemperaturen eine wichtige Rolle. So wird das Gemisch beim Abdampfen auf eine Temperatur erhitzt, bei der nur einer der beiden Stoffe siedet. Er löst sich folglich in Form von Dampf von dem anderen. Ähnliches passiert beim Trocknen. Es bleibt der gewünschte Stoff zurück. 



Trennmethoden homogener Gemische


Der zweite große Abschnitt dieses Artikel beschäftigt sich nun mit den Trennmethoden, die für homogene Stoffe gelten. Bei homogenen Stoffen findet man nur eine Phase. Sie werden weiterhin in Reinstoffe und homogene Gemische unterteilt. 

Ähnlich wie heterogene Gemisch werden sie nach ihren physikalischen Eigenschaften getrennt. Welche eine Rolle spielt, hängt vom Trennverfahren selbst ab. 


Extraktion 


Die Extraktion hast du bereits schon kennengelernt. Das Grundprinzip bleibt dabei das gleiche, allerdings sprechen wir nun von flüssigen Lösungen. Erneut wird hierfür ein Lösungsmittel verwendet. Das Ziel ist, dass sich einer der beiden in Lösung befindlichen Substanzen mit dem Lösungsmittel mischt, während die andere Substanz zurück bleibt. Anschließend erfolgt die Trennung beider Flüssigkeit mit dem Scheidetrichter. 


Indem man den Vorgang immer wieder wiederholt, kann man tatsächlich fast vollständig die beiden ursprünglichen Flüssigkeiten voneinander trennen. Man bezeichnet das in diesem Fall auch als "ausschütteln". 


Kristallisation 


Die Kristallisation ist eine Trennmethode, die wieder auf dem Löslichkeitsverhalten basiert. Dabei wird die Lösung so verändert, dass die Löslichkeit des gesuchten Stoffes verringert wird. Das kann zum Beispiel zum Abkühlen geschehen oder durch Zugeben einer weiteren Lösung. Die entstehenden Kristalle können dann herausgefiltert werden mithilfe eines Filtrierpapiers. 


Abbildung 3: Die Kristallisation (Quelle: via seilnacht.com)


Die Abbildung zeigt dir die zuvor beschriebenen Schritte noch einmal. In diesem Fall wird die Lösung erhitzt, um das Löslichkeitsverhalten zu verändern. In der Mitte siehst du, das sich am Boden dann etwas Weißes gebildet hat. Das ist die auskristallisierte Substanz, die du suchst. 


Destillation 


Von der Destillation hast du sicherlich schon gehört, sobald es um Alkohol, insbesondere Whiskey, geht. Dieser wird auch destilliert. Ziel dabei ist es, möglichst viel Wasser vom Alkohol zu entfernen. Das Prinzip beruht dabei wieder auf dem Siedepunkt, entspricht also etwa dem Abdampfen. 

Erneut wird das Gemisch erhitzt, bis einer der beiden Stoffe anfängt zu sieden und sich somit verflüchtigt. Oftmals ist es allerdings der Fall, dass die beiden Siedetemperaturen nah beieinander liegen. In dieser Situation muss der Vorgang mehrfach wiederholt werden. Um Salz von Wasser zu trennen, reicht allerdings häufig nur ein Verfahrensschritt. 


Chromatographie 


Die Chromatographie wird in einem gesonderten Artikel noch einmal genauer erklärt. Daher schneiden wir sie hier nur kurz an und erklären sie der Vollständigkeit halber. 


Bei der Chromatographie werden zuerst einmal eine stationäre und eine mobile Phase unterschieden. Die mobile Phase muss dabei die stationäre Phase, z.B. ein besonderes Papier, durchlaufen. Manche Partikel, die in der mobilen Phase vorhanden sind, haften dann an der stationären Phase. Das unterschiedliche Verhalten bezüglich der Haftung kann nun ausgenutzt werden, um die Stoffe voneinander zu trennen. Der Vorteil dieser Methode ist, dass damit winzige Mengen voneinander getrennt werden können, teilweise auch einzelne Ionen, wenn die Trägermaterialien passend ausgewählt worden sind. 


Elektrophorese


Die letzte Trennmethode, die wir dir vorstellen, nennt sich Elektrophore. Auch das hast du sicherlich schon mal gehört als Gelelektrophorese, bei der die DNA aufgetrennt wird für zum Beispiel Vaterschaftstests. Im Grunde handelt es sich dabei um eine Sonderform der Chromatographie


Abbildung 4: Die Gelelektrophorese (Quelle: via wikipedia.org)


Der Fluss der zu trennenden Stoffe wird hier durch Anlegen einer Spannung beeinflusst und häufig dadurch auch beschleunigt. Wichtig ist noch zu wissen, dass die Wanderungsgeschwindigkeit proportional zur Molekülmasse ist. Auch die Entfernung, wie weit die einzelnen Stücke im Gel z.B. wandern, hängt von der Größe des Moleküls ab.



Anwendung der Trennmethoden


Zum Abschluss haben wir nun noch drei Beispiele, bei denen du entscheiden kannst, welche der gelernten Methoden für dich am sinnvollsten ist. Du wirst dann direkt darunter auch eine Lösung mit der entsprechenden Begründung finden. 



Deine Waschmaschine befindet sich gerade im Schleudergang. 


Sedimentieren (konkret auch als Zentrifugieren bezeichnet)

Tatsächlich funktioniert deine Waschmaschine wie eine Zentrifuge. Durch das Schleudern wird das Wasser als flüssige Phase von dem Stoff als feste Phase getrennt. Da der Feststoff durch die Trommel in einer Position gehalten wird, wird hauptsächlich das Wasser nach außen gedrängt, da es die winzigen Löcher in der Trommel durchdringen kann. Dein T-Shirt passt dort nicht durch.



Zur Herstellung von Branntwein müssen Alkohol und Wasser möglichst gut voneinander getrennt werden. 


Destillation

Diese Verwendung wurde zuvor schon erwähnt. Alkohol und Wasser lassen sich am besten voneinander trennen, indem sie destilliert werden, da der Siedepunkt von Alkohol bei 78°C liegt, während Wasser einen Siedepunkt bei 100°C hat. 

Allerdings verdampft ein Teil des Wassers häufig schon vor 100°C, daher muss dieser Vorgang mehrfach wiederholt werden. 



Aus salzigem Oberflächenwasser, z.B. Meerwasser soll Salz gewonnen werden. 


Abdampfen und Kristallisation

In diesem Fall wird das Meerwasser in hintereinandergeschaltete Verdunstungsteiche gepumpt. Das Wasser verdampft und der Salzgehalt der Sole wird somit immer weiter erhöht. In einem Kristallisierteich wird aus der hochkonzentrierten Sole dann Meersalz auskristallisiert. 




Trennmethoden - Das Wichtigste auf einen Blick

  • Heterogene Gemische bestehen aus mindestens zwei Phasen, die voneinander getrennt werden können. Homogene Stoffe hingegen besitzen nur eine Phase.
  • Beim Sortieren wird unter anderem nach Teilchengröße und Dichte räumlich getrennt. 
  • Das Sedimentieren trennt Suspensionen oder Emulsionen, u.a. mithilfe einer Zentrifuge. 
  • Filtrieren beschreibt das Trennen eines Feststoffs von einer Flüssigkeit oder einem Gas. 
  • Die Extraktion beruht auf dem unterschiedlichen Lösungsverhalten der Feststoffe oder Flüssigkeiten. 
  • Abdampfen und Destillation arbeiten mit den unterschiedlichen Siedepunkten, sodass einer der Stoffe verdampft. 
  • Die Chromatographie verwendet das Haftverhalten einer mobilen Phase auf einer stationären Phase zur Trennung. 
  • Die Elektrophorese ist eine Sonderform der Chromatographie, bei der die Vorgänge durch Anlegen einer Spannung beschleunigt werden.

Finales Trennmethoden Quiz

Frage

Welche Trennmethoden werden bei heterogenen Gemischen verwendet?

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Antwort

Dafür gibt es folgende Möglichkeiten: 

  • Sortieren 
  • Sedimentieren und Dekantieren 
  • Filtrieren 
  • Extraktion 
  • Abdampfen und Trocknen
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Frage

Welche Trennmethoden werden für homogene Gemische verwendet?

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Antwort

Dafür können folgende Trennmethoden verwendet werden: 

  • Extraktion 
  • Kristallisation 
  • Destillation 
  • Chromatographie
  • Elektrophorese
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Frage

Was sind heterogene Gemische?

Antwort anzeigen

Antwort

Heterogene Gemische sind Gemische, deren Einzelbestandteile noch deutlich zu erkennen sind. Sie bestehen aus mehreren Phasen.  

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Frage

Nach welche Kriterien kann die Trennmethode "Sortieren" erfolgen?

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Antwort

Kriterien dafür können unter anderem Teilchengröße, magnetische Eigenschafen sowie Dichte sein.

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Frage

Welches Trennverfahren wird häufig für Salze angewendet?

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Antwort

Salze werden häufig elektrostatisch sortiert. Dabei werden die Teilchen unterschiedlich geladen und mithilfe von Metallplatten auf beiden Seiten entsprechend der Pole angezogen. 

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Frage

Welche Gemische können mit dem Trennverfahren des Sedimentierens bzw. Dekantierens getrennt werden?

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Antwort

Damit werden hauptsächlich Suspensionen getrennt, manchmal aber auch Emulsionen. 

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Frage

Was wird während der Suspension zur Beschleunigung des Ablaufs verwendet?

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Antwort

In dieser Trennmethode werden häufig Zentrifugen eingesetzt, die die Wirkung der Schwerkraft nachahmen und verstärken. 

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Frage

Wodurch kann eine Filtration beschleunigt werden? 

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Antwort

Diese Trennmethode kann mithilfe von Druck bzw. Unterdruck beschleunigt werden. 

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Frage

Was wird zum Filtrieren in der Chemie verwendet?

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Antwort

Um die Stoffe einfach zu trennen wird ein Filtrierpapier verwendet. 

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Frage

Worauf basiert die Extraktion? 

Antwort anzeigen

Antwort

Die Extraktion basiert auf dem Löslichkeitsverhalten zweier Stoffe. Die Trennmethode funktioniert, indem sich nur einer der beiden Stoffe in einem Lösungsmittel löst. 

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Frage

Welche physikalishce Eigenschaft wird sich bei der Trennmethode "Abdampfen" zunutze gemacht?

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Antwort

Bei dieser Trennmethode geht es hauptsächlich um Siedetemperaturen. 

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Frage

In welche Gruppen werden homogene Stoffe unterteilt?

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Antwort

Homogene Stoffe werden in homogene Gemische und Reinstoffe unterteilt.

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Frage

Wie erfolgt die Extraktion einer Lösung?

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Antwort

Ein Lösungsmittel wird hinzugegeben, dass sich nur mit einem der vorliegenden Stoffe verbinden kann. Die anderen Stoffe bleiben als gesonderte Phase übrig. Anschließend erfolgt die Trennung mit einem Scheidetrichter. 

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Frage

Worauf basiert die Kristallisation?

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Antwort

Die Kristallisation ist ebenfalls eine Trennmethode, die auf dem Löslichkeitsverhalten basiert. 

Frage anzeigen

Frage

Wie läuft eine Kristallisation ab?

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Antwort

Bei dieser Trennmethode wird die Löslichkeit des gesuchten Stoffes so verändert, dass er weniger löslich wird. Das kann durch Abkühlen oder Erhitzen geschehen. Der gesuchte Stoffe nimmt einen festen Aggregatzustand ein und kann anschließend filtriert werden. 

Frage anzeigen

Frage

Für was wird eine Destillation auch außerhalb des Labors verwendet?

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Antwort

Die Trennmethode des Destillierens wird vor allem zur Herstellung von Whiskey und Branntwein verwendet. 

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Frage

Welche zwei Phasen unterscheidet man bei der Trennmethode "Chromatographie"?

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Antwort

Man unterscheidet dabei eine stationäre und eine mobile Phase. 

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Frage

Wie läuft eine Chromatographie ab?

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Antwort

Die mobile Phase durchläuft dabei die stationäre Phase. Bestimmte Partikel bleiben an der stationären Phase haften. Die unterschiedlichen Haftstärken können zur Trennung verwendet werden. Diese Trennmethode ist vor allem von Vorteil, um winzige Mengen voneinander zu trennen. 


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Frage

Was ist eine Elektrophorese?

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Antwort

Eine Elektrophorese ist eine Trennmethode, die der Chromatographie sehr ähnlich ist. Dabei existiert ebenfalls eine mobile Phase, die die stationäre Phase durchlaufen muss. Zur Unterstützung wird dabei eine Spannung angelegt. 

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Frage

Wofür spielt die Gelelektrophorese eine wichtige Rolle?

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Antwort

Die Gelelektrophorese ist als Trennmethode für die Auftrennung der DNA wichtig. So werden zum Beispiel Vaterschaftstests durchgeführt. 

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