1 · Welche Eigenschaft nutzt ein Sieb?
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Unterschiedliche Korngrößen im Verhältnis zur Maschenweite.
Chemie · Grundlagen · Sekundarstufe I
Trennverfahren
Wie gewinnt man aus einem Gemisch seine Bestandteile zurück? Verstehe, welche Stoffeigenschaft ein Verfahren nutzt – und warum Filtrieren bei Sandwasser klappt, bei Salzwasser aber nicht.
Der Schlüssel zur Auswahl
Unterschiedliche Eigenschaften nutzen
Teilchengröße · Löslichkeit · Dichte · Flüchtigkeit
Erst das Gemisch verstehen, dann das Verfahren wählen
Ein Stoffgemisch enthält verschiedene Stoffe. Beim physikalischen Trennen nutzt man Unterschiede ihrer Eigenschaften, ohne die Stoffe gezielt in neue chemische Stoffe umzuwandeln. Das Trennen von Sand und Wasser ist deshalb etwas anderes als die chemische Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff.
Drei Fragen helfen dir: Welche Bestandteile sind vorhanden? Welche Eigenschaft unterscheidet sie? Welchen Bestandteil möchte ich erhalten? Bei einer Salzlösung macht es zum Beispiel einen Unterschied, ob du das Salz zurückgewinnen oder das Wasser auffangen möchtest.
Die Begriffe Reinstoff, homogen und heterogen helfen bei der Entscheidung. Eine Lösung enthält gelöste Teilchen, keine sichtbaren Körnchen. Ein Papierfilter kann daher eine Lösung nicht so trennen wie eine Suspension.
Die wichtigsten Trennverfahren auf einen Blick
| Verfahren | Genutzter Unterschied | Beispiel und Grenze |
|---|---|---|
| Sieben | Größe fester Körner | Kies von feinem Sand trennen; ähnlich große Körner bleiben schwer trennbar. |
| Filtrieren | Teilchengröße gegenüber den Filterporen | Sand bleibt im Filter; gelöstes Salz passiert ihn. |
| Sedimentieren und Dekantieren | Absetzverhalten, unter anderem durch Dichteunterschiede | Sand absetzen lassen, Wasser vorsichtig abgießen. |
| Zentrifugieren | Unterschiedliches Absetzverhalten im beschleunigten System | Feine suspendierte Teilchen schneller abtrennen. |
| Eindampfen und Kristallisieren | Flüchtigkeit beziehungsweise Löslichkeit | Aus einer Salzlösung Salz zurückgewinnen. |
| Destillieren | Unterschiedliche Flüchtigkeit | Wasser aus einer Lösung nichtflüchtiger Salze gewinnen. |
| Chromatografie | Unterschiedliche Wechselwirkung mit zwei Phasen | Farbstoffe einer Tinte auf geeignetem Papier trennen. |
Vergleichen und entdecken
Wasser löst das Salz, aber nicht den Sand. Die blauen Punkte sind nur ein Symbol für gelöstes Salz, keine Darstellung einzelner Salzmoleküle.
Die drei Bilder gehören zu derselben Aufgabe. Jeder Klick zeigt einen nächsten Arbeitsschritt; die Darstellung ist keine Echtzeitanimation. Die Bilder erklären das Prinzip und ersetzen keine Versuchsanleitung.
Sand und Salz trennen: Warum mehrere Schritte nötig sind
1. In Wasser lösen: Salz und Sand lassen sich nicht zuverlässig mit einem gewöhnlichen Sieb trennen, wenn ihre Körner ähnlich groß sind. Salz ist jedoch in Wasser löslich, Sand unter diesen Bedingungen praktisch nicht. Mit ausreichend Wasser erhält man Salzlösung und ungelösten Sand.
2. Filtrieren: Das Filterpapier hält die Sandteilchen zurück. Man nennt das zurückgehaltene Material Rückstand. Die hindurchgelaufene Flüssigkeit heißt Filtrat. Hier ist das Filtrat eine Salzlösung – nicht reines Wasser. Zum Reinigen des Sands kann anhaftende Salzlösung mit wenig Wasser ausgewaschen werden; danach ist der Sand noch zu trocknen.
3. Das Ziel entscheidet: Soll nur Salz zurückgewonnen werden, entfernt man Wasser durch schonendes Eindampfen oder lässt eine konzentrierte Lösung kristallisieren. Soll auch Wasser gewonnen werden, braucht man zusätzlich das Auffangen und Abkühlen des Dampfes: Destillation.
In echten Versuchen gibt es Verluste: Material haftet am Glas, ein Rückstand bleibt feucht oder eine Trennung ist unvollständig. Die Aussage „Die Stoffe bleiben erhalten“ bedeutet nicht, dass man automatisch jedes Gramm vollständig und rein zurückgewinnt.
Eindampfen, Kristallisieren und Destillieren unterscheiden
Beim Eindampfen wird Lösungsmittel entfernt. Der gelöste, nichtflüchtige Stoff bleibt zurück, sofern er sich unter den Bedingungen nicht zersetzt. Das Lösungsmittel wird dabei normalerweise nicht als Produkt aufgefangen. Starkes Erhitzen eignet sich deshalb nicht für jeden Stoff.
Beim Kristallisieren scheidet sich ein gelöster Stoff als Kristall ab, wenn die Lösung nicht mehr alles gelöst halten kann. Das kann durch Entfernen von Lösungsmittel oder durch Abkühlen geschehen, falls die Löslichkeit dabei ausreichend sinkt. Nicht jedes Salz kristallisiert beim Abkühlen gleich gut.
Die Destillation verbindet Verdampfen und Kondensieren. Bei einer wässrigen Kochsalzlösung geht überwiegend Wasser in die Gasphase; das Salz ist unter diesen Bedingungen nichtflüchtig. Bei Gemischen mehrerer flüchtiger Flüssigkeiten ist der Dampf häufig selbst ein Gemisch. Eine einfache Destillation liefert daher nicht automatisch vollkommen reine Bestandteile.
Warum Tintenfarben unterschiedlich weit wandern
Bei der Papierchromatografie bewegt sich ein geeignetes Laufmittel durch das Papier. Farbstoffe werden unterschiedlich stark mitgenommen und unterschiedlich stark zurückgehalten. Entscheidend ist das Zusammenspiel von mobiler Phase und stationärer Phase – nicht einfach die Größe oder das Gewicht der Farbstoffteilchen.
Der Startfleck liegt oberhalb des anfänglichen Laufmittelspiegels. Sonst kann die Probe direkt in das Flüssigkeitsreservoir gelangen. Ob mehrere Flecken entstehen, hängt auch vom Laufmittel ab. Ein einzelner sichtbarer Fleck beweist deshalb nicht sicher, dass die Probe ein Reinstoff ist.
Unterrichtsimpuls: Welcher Stoff ist wo?
Zeige das Filterbild und lasse die Begriffe „Sand“, „Salz“ und „Wasser“ den beiden Ausgängen zuordnen. Frage anschließend: „Warum ist die klare Flüssigkeit noch nicht rein?“ Die Antwort muss sich auf gelöstes Salz beziehen, nicht nur auf das Aussehen.
Die Schaubilder dienen der Besprechung. Praktische Versuche erfolgen mit geeignetem Aufbau und nach Anleitung der Lehrkraft; eine Destillationsapparatur darf beim Erhitzen nicht dicht verschlossen sein.
Sechs Aufgaben zum Selbstcheck
Erst selbst lösen, dann die Lösung öffnen.
2 · Was enthält das Filtrat nach dem Filtrieren von Sand und Salzlösung?
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Wasser und gelöstes Salz. Der Sand bleibt als Rückstand im Filter.
3 · Du willst Wasser aus Kochsalzlösung auffangen. Welches Verfahren passt?
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Destillation: Wasser verdampfen, den Dampf abkühlen und das Kondensat auffangen.
4 · Warum ist Dekantieren oft weniger gründlich als Filtrieren?
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Beim Abgießen können aufgewirbelte feste Teilchen mitgerissen werden; außerdem bleibt Flüssigkeit beim Bodensatz.
5 · Liefert Destillation immer einen vollkommen reinen Stoff?
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Nein. Besonders bei mehreren flüchtigen Bestandteilen kann auch das Destillat ein Gemisch sein.
6 · Warum muss der Startfleck bei der Papierchromatografie oberhalb des Laufmittelspiegels liegen?
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Sonst kann die Probe direkt in die Flüssigkeit gelangen, statt kontrolliert mit dem aufsteigenden Laufmittel zu wandern.
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