In der Chemie unterscheidet man verschiedene Stoffe. Dazu zählen nicht nur die Elemente, sondern auch heterogene und homogene Gemische. Zur Unterscheidung der einzelnen Stoffe werden bestimmte Eigenschaften herangezogen. Diese spielen auch eine besondere Rolle für die unterschiedlichen Trennmethoden.
Die Stoffeigenschaften der Chemie – Erklärung
Die Eigenschaften, die ein Stoff besitzt, können wiederum in drei verschiedene Kategorien unterteilt werden. Man unterscheidet dabei physikalische, chemische und physiologische Eigenschaften. Obwohl dieser Artikel der physikalischen Chemie zugeordnet ist, lernst du auch die anderen Bereiche kennen.
Die Charakteristik eines Stoffes, die mithilfe der verschiedenen Methoden analysiert wurde, ist für jeden Stoff einzigartig. Daher ist es möglich, Stoffe voneinander zu trennen, indem man die verschiedenen physikalischen Eigenschaften dafür anwendet. Ein Beispiel dafür ist die Destillation, die zur Stofftrennung den Siedepunkt verwendet.
Physikalische Stoffeigenschaften Chemie
Die größte Bedeutung für einen Stoff haben die physikalischen Eigenschaften. So werden alle Charakteristika definiert, die experimentell bestimmbar und messbar sind. Außerdem verändern sie sich während des Prozesses des Messens nicht. Die folgende Tabelle gibt dir einen Überblick über die verschiedenen Eigenschaften, die unter anderem messbar sind. Ein paar davon erläutern wir dir im Anschluss genauer.
| Thermodynamik | Mechanik | Elektrodynamik | Optik und Akustik |
- Aggregatzustand
- Dichte
- Schmelzpunkt
- Siedepunkt
- Gefrierpunkt
- Verdampfungs- und Schmelzenthalpie
- Wärmekapazität
| - Duktilität
- Elastizität
- Härte
- Oberflächenspannung
- Viskosität
- Festigkeit
- Materialermüdung
- Zähigkeit
| - Elektrische Leitfähigkeit
- Halbwertszeit
- Kernspinresonanzfrequenz
- magnetische Permeabilität
- Austrittsarbeit von Elektronen
- Permeabilität
| - Farbe
- Lichtbrechung (Brechungsindex)
- Optische Aktivität
- Spektrallinien
- Reflexion
- Schallreflexion und Schallbrechung
- Transparenz
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Farbe
Die Farbe ist wohl die Eigenschaft eines Stoffes, die am leichtesten zu bestimmen ist. Oftmals reicht es dafür, den menschlichen Sehsinn zu verwenden. Allerdings gibt es tatsächlich auch Messgeräte für diese Eigenschaft. Die Wissenschaft dahinter wird als Farbmetrik bezeichnet. Ziel dieser Methode ist es, die Farbe durch Zahlen eindeutig wiederzugeben.
An vielen Stellen wird die Farbe auch mithilfe der absorbierten Wellenlänge ermittelt. Allerdings besteht auch hier der Bedarf nach Zahlen, die Farben einheitlich ausdrücken, da Begriffe wie "grün" und "blau" vom Betrachter aus subjektiv wahrgenommen werden.
Zwei der wichtigsten Eigenschaften eines Stoffes sind der Schmelz- und Siedepunkt. Der Schmelzpunkt gibt dabei an, bei welcher Temperatur ein Stoff von einem festen in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht. Der Siedepunkt gibt hingegen die Temperatur für den Übergang vom flüssigen zu gasförmigen Aggregatzustand eines Stoffes an.
Der Schmelzpunkt ist bei Reinstoffen identisch mit dem Gefrierpunkt. Bei Gemischen kommt es jedoch vor, dass diese sich minimal unterscheiden. Den Unterschied bezeichnet man in einem solchen Fall dann auch als Übergangstemperatur. Gemessen werden diese Punkte alle jeweils mit einem Thermometer.
Chemische Stoffeigenschaften – Überblick
Chemische Stoffeigenschaften unterscheiden sich von den physikalischen Eigenschaften dahin gehend, dass sie für eine Messung verändert werden müssen, um ihr Verhalten gegenüber anderen Stoffen zu betrachten. Allerdings geschieht auch dies durch experimentelle Messung. Da nicht alle Eigenschaften in diesem Artikel vorgestellt werden, zeigt dir stattdessen ein kleiner Überblick, welche chemischen Stoffeigenschaften man unterscheidet:
Löslichkeit
Die Löslichkeit eines Stoffes gibt an, wie schwer oder leicht bzw. in welchem Maß ein Stoff in einem anderen, meist einem Lösungsmittel, gelöst werden kann. Konkret lässt sich das zum Beispiel im Alltag beobachten, wenn du Salz in das Nudelwasser gibst und sich dieses darin löst. Die Kristallstruktur des Salzes verschwindet und die einzelnen Teilchen werden so klein, dass sie nicht mehr zu sehen sind.
Zunächst unterscheidet man in lösliche und unlösliche Stoffe.
So gibt es besondere Feststoffe, die in Lösungsmitteln nicht löslich sind. Dieser Hintergrund wird für viele Trennmethoden verwendet, wie die Extraktion. Die Löslichkeit selbst kann sogar mit den Formeln berechnet werden:
c steht in diesem Fall für die Konzentration und wird in Mol pro Liter (mol/l) angegeben.
Reaktivität
Gegenüber den bisher genannten Eigenschaften ist die Reaktivität eine rein qualitative Stoffeigenschaften. Sie steht dabei in besonderer Verbindung mit der Brennbarkeit, da diese unter anderem auch die Reaktion mit Sauerstoff beschreibt. Weitere wichtige Partner für die Reaktivität sind Wasser, verschiedene Säuren und Basen sowie Metalle, Salzlösungen, Schwefel und natürlich auch die Nachweisreagenzien.
Säurekonstante und Basenkonstante
Die Säurekonstante und die Basenkonstante eines Stoffes spielen eine wichtige Rolle bei der Berechnung des pH-Werts. Sie geben eine Aussage über die Konzentration der Hydronium-Ionen. Dadurch lässt sich anschließend entscheiden, wie stark sauer oder basisch ein Stoff ist.
Dafür gibt es zwei Berechnungsmethoden.
Die Säurekonstante kann mit folgender Gleichung berechnet werden:
Die Basenkonstante besitzt eine ähnliche Gleichung, wird aber folgendermaßen berechnet:
Beide Gleichungen beruhen darauf, dass eine Grundsubstanz HA mit einem weiteren Stoff B auf die Ionen A(-) und HB(+) reagiert.
Standardpotential
Die letzte chemische Stoffeigenschaft, die du kennenlernst, ist das Standardpotential. Es wird zum Aufstellen der elektrochemischen Spannungsreihe verwendet und dient außerdem der Identifikation der jeweiligen Redox-Partner. Konkret definiert ist es als die elektrische Spannung zwischen einer Elektrode des bestimmten Elements und der Normal-Wasserstoffelektrode.
Tatsächlich kann man anhand der Spannungsreihe sogar direkt aussagen, welcher der Partner oxidiert wird und welcher reduziert. Je negativer das Standardpotential ist, desto eher wirken die Elemente als Reduktionsmittel, das heißt, sie werden oxidiert. Diese Elemente werden als unedle Metalle bezeichnet. Edle Metalle wie Gold besitzen ein hohes Standardpotential und werden viel eher reduziert.
Physiologische Stoffeigenschaften der Chemie
Die letzte Gruppe der Stoffeigenschaften bezeichnet ebenfalls physikalische und chemische Eigenschaften, die aber in unserem alltäglichen Leben von besonderer Bedeutung sind. Die drei wichtigsten Eigenschaften stellen wir dir vor.
Geruch
Der Geruch ist eine der Eigenschaften, die mit den menschlichen Sinnen wahrgenommen wird. Daher ist sie sehr subjektiv zu unterscheiden. Zwar lässt sich durchaus nachvollziehen, welche biologischen Prozesse ablaufen, damit Lebewesen Gerüche wahrnehmen. Allerdings ist noch nicht geklärt, woher die unterschiedlichen Reaktionen darauf kommen.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Geruchstypen, die eingeordnet werden. Ein Beispiel ist die Unterteilung nach Günther Ohloff:
- blumig
- fruchtig
- harzig
- würzig
- grün
- holzig
- animalisch
- erdig
Geschmack
Der Geschmack ist ein weiterer Sinn, der mithilfe der Sinnesorgane wahrgenommen wird. Er ist genauso subjektiv wie Geruch und Farbe. Dabei unterscheidet man nur fünf wichtige Geschmacksgruppen:
- süß
- sauer
- salzig
- bitter
- umami
Toxizität
Die letzte Eigenschaft, die du im Rahmen dieses Artikels näher kennenlernst, ist die Toxizität. Diese spielt besonders im biologischen Bereich eine wichtige Rolle, da mithilfe dieser Eigenschaft eingeschätzt werden muss, in welchen Mengen bestimmte Giftstoffe zum Beispiel als Fungizide oder Pestizide verwendet werden dürfen.
Außerdem ist die Untersuchung der Giftigkeit eines Stoffes dahingehend wichtig, dass man auch Mittel gegen diese Stoffe findet, die im Falle einer Vergiftung wirksam sind. Die Giftigkeit eines Stoffes wird häufig über den Wert 
angegeben. Dieser beschriebt die letale Dosis, also tödliche Menge, die zum Tode der Hälfte der Versuchstiere geführt hat. Alternativ dazu existiert auch der 
, der die niedrigste Dosis eines Stoffes beschreibt, die bei Menschen zum Tode führt. Beide Werte werden meist in Gramm oder Milligramm der Substanz pro Kilogramm Körpergewicht des Lebewesens angegeben. Die Tabelle führt dir ein paar der giftigen Stoffe für den Menschen auf:
Bestimmung der Stoffeigenschaften
Zum Abschluss dieses Artikels siehst du nun zwei Bilder mit chemischen Stoffen. Daneben haben wir dir notiert, welche Stoffeigenschaften dieses Gemisch oder der Reinstoff besitzt.
Mit diesem Wissen kennst du nun die wichtigsten Stoffeigenschaften und kannst diese auch bestimmen. Damit du nichts vergisst, haben wir die wichtigsten Informationen für dich noch einmal zusammengefasst.
Die Stoffeigenschaften eines jeden Stoffes sind charakteristisch. Anhand dieser sind die Stoffbestimmungen und Trennmethoden erst möglich.
Stoffeigenschaften Chemie – Das Wichtigste
- Man unterscheidet grundlegend physikalische, chemische und physiologische Stoffeigenschaften.
- Physikalische Eigenschaften sind experimentell messbar und verändern den Stoff nicht. Dazu gehören unter anderem die Farbe, der Aggregatzustand, die Dichte sowie der Schmelz- und Siedepunkt.
- Chemische Eigenschaften sind ebenfalls experimentell messbar. Allerdings wird dabei auch der Stoff selbst verändert. Dazu gehört zum Beispiel die Löslichkeit, die Reaktivität, Säurekonstante und Basenkonstante sowie das Standardpotential.
- Die physiologischen Eigenschaften sind meist chemische oder physikalische Eigenschaften, die jedoch einen Einfluss auf die Umwelt besitzen. Dazu zählen Geruch, Geschmack und Toxizität.
- Alle Eigenschaften sind auf die eine oder andere Art messbar, sodass sie miteinander verglichen werden können. Die Stoffeigenschaften ändern sich im Gemisch. Elemente besitzen entsprechend andere Eigenschaften als Moleküle oder homogene Gemische.
Nachweise
- Abbildung 4: Koffein in seiner Reinform (https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Caffeine_USP.jpg) by William Rafti of the William Rafti Institute (https://en.wikipedia.org/wiki/User:Rafti_Institute) licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).
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(Rho). Die Formel zur Berechnung der Dichte lautet entsprechend:
. Damit ist die Wasserdichte der Faktor, mit dem immer verglichen wird. Die folgende Tabelle zeigt dir einige Dichtewerte im Vergleich zu Wasser.
