2.1 Theoretische Einteilung der Stoffe

Die Umgebung, in der wir leben, besteht aus verschiedenen Gegenständen (Straßen, Häuser, Tische, Stühle...).
Die verschiedenen Gegenstände erkennt man an ihrer Form aber auch an dem Stoff oder dem Material, aus dem sie aufgebaut sind. So kann man einen Stuhl oder einen Tisch an ihrer Form erkennen. Diese Gegenstände sind meistens aus dem Stoff Holz aufgebaut, man erkennt dies am typischen Muster auf der Oberfläche dieser Gegenstände. Es gibt aber auch Tische und Stühle aus Plastik, diesen Stoff erkennt man oft an seinem geringen Gewicht.
Ein Stück Eisen erkennt man an dem typischen metallischen Glanz, wenn man es frisch durchschneidet, aber auch an seinem großen Gewicht. Oft erkennt man ein Stück Eisen auch daran, dass es mit einer Rostschicht überzogen ist.
Gold und Silber erkennt man auch an ihrem typischen Glanz und ihrer Farbe.
Eis (Wasser in festem Zustand) schmilzt bei 0°C, der Schmelzpunkt des Wassers beträgt 0°C. Wasser siedet bei 100°C, der Siedepunkt des Wassers beträgt 100°C.

  

Farbe, Härte, Geschmack, Schmelz- und Siedetemperatur und so weiter sind Stoffeigenschaften. Durch ihre unterschiedlichen Eigenschaften kann man die einzelnen Stoffe voneinander unterscheiden.

Auch der Chemiker bedient sich der unterschiedlichen Stoffeigenschaften, um die Stoffe in verschiedene Gruppen einzuteilen.
2.1.1 Reinstoffe und Stoffgemenge
2.1.2 Einteilung der Reinstoffe und der Stoffgemenge
2.1.3 Schematische Zusammenfassung
2.1.4 Aufgaben


2.1.1 Reinstoffe und Stoffgemenge

Da es eine sehr große Zahl an verschiedenen Stoffen gibt, teilt der Chemiker die Stoffe in verschiedene Gruppen ein. In einem ersten Schritt unterscheidet der Chemiker zwischen Reinstoffen und Stoffgemengen. Alle Stoffe sind daher entweder Reinstoffe oder Stoffgemenge. Schematisch kann man dies wie folgt darstellen:

  • Stoffe
    • Reinstoffe
    • Stoffgemenge (Gemisch)

Ein Reinstoff besteht aus einer einzelnen Stoffart.

Durch bestimmte Versuche kann der Chemiker herausfinden, ob ein Stoff ein Reinstoff ist oder nicht. Charakteristisch für Reinstoffe sind ihre konstanten Eigenschaften: Schmelz- und Siedetemperatur, Farbe, Geruch, Geschmack und so weiter sind immer die gleichen.
Folgende Stoffe sind Reinstoffe:
Zucker, Salz, Quecksilber, Eisen, Gold, Silber, reines Wasser, feiner Sand.
Wirkliche Reinstoffe sind jedoch sehr schwer herzustellen, auch in "reinem" Zucker oder Salz sind noch geringe Mengen von anderen Stoffen enthalten. Auch in der Natur sind die meisten Reinstoffe durch winzige Mengen anderer Stoffe verunreinigt. Wenn aber die Eigenschaften dieser leicht verunreinigten Stoffe fast konstant sind, spricht man dennoch von Reinstoffen.
Ein Stoffgemenge oder ein Gemisch besteht aus mehreren Stoffarten, die nebeneinander vorliegen.

Vermischt man zum Beispiel den Reinstoff Zucker mit reinem Sand, so erhält man ein Gemenge, in dem man mit dem bloßen Auge noch Zuckerkristalle und Sandkörnchen ausmachen kann, die beiden Reinstoffe Sand und Zucker liegen daher im Gemisch nebeneinander vor.
Die Eigenschaften der Gemische ändern sich, wenn die Stoffe des Gemisches in verschiedenen Mengen vorhanden sind. Deshalb gibt es auch für Gemische keine Schmelz- und Siedepunkte sondern Schmelz- und Siedebereiche. Farben, Geruch und Geschmack von Gemischen sind veränderlich.
Vermischt man zum Beispiel eine große Menge Zucker mit ein wenig gelbem feinem Sand, so ist die Farbe des Gemisches fast weiß. Vermischt man jedoch eine große Menge gelben feinen Sand mit einer geringen Menge Zucker, so ist die Farbe des Gemisches gelb.

Stoffgemenge können durch Trennverfahren in ihre einzelnen Reinstoffe aufgetrennt werden.

2.1.2 Einteilung der Reinstoffe und der Stoffgemenge

Die Einteilung der Stoffe in Reinstoffe und Stoffgemenge ist ungenügend für den Chemiker, deshalb nimmt er erneut eine Einteilung der Reinstoffe und der Gemische vor:

  • Stoffe
    • Reinstoffe
      • Element
      • Verbindung
    • Stoffgemenge (Gemisch)
      • Heterogenes Gemisch
      • Homogenes Gemisch

a. Einteilung der Reinstoffe in Elemente und Verbindungen

Elemente

Seit etwa zweihundert Jahren besitzt der Chemiker die Fähigkeit, durch Experimente festzustellen, ob ein Stoff weiter zerlegt werden kann oder nicht. Ist es unmöglich einen Stoff weiter zu zerlegen, dann handelt es sich um einen Grundstoff oder Element.
Beispiel: Man teilt ein Stück Eisen in zwei Teile, diese beiden Eisenstückchen werden wiederum geteilt, und man erhält vier Eisenstückchen. Wenn man dieses Teilen in Gedanken immer weiter fortführt, kommt man an einen Punkt, wo man das Eisenstückchen nicht mehr weiter teilen kann, ohne seine Eigenschaften zu ändern. Dieses kleinste Eisenteilchen nennt man ein Atom Eisen.


Heutzutage hat man etwa 110 verschiedene Elemente nachgewiesen. Die Chemiker haben diese geringe Anzahl an Elementen nach ihren Eigenschaften in einer Tabelle zusammengefasst, das Periodische System der Elemente (PSE).
Jedes Element besitzt einen bestimmten Namen und ein bestimmtes Symbol. Ein Symbol beginnt immer mit einem Großbuchstaben. Ein kleiner Buchstabe kann, muss aber nicht folgen (Berzelius-Regel).

Beispiele (Namen und Symbole von Elementen, die man kennen sollte):

Name Symbol   Name Symbol
Aluminium Al   Natrium Na
Argon Ar   Neon Ne
Blei Pb   Quecksilber Hg
Calcium Ca   Sauerstoff O
Chlor Cl   Silber Ag
Eisen Fe   Silicium Si
Gold Au   Schwefel S
Helium He   Stickstoff N
Iod I   Wasserstoff H
Kohlenstoff C   Zink Zn
Kupfer Cu   Zinn Sn

Verbindungen

Verbindungen sind Reinstoffe, die man in Grundstoffe oder Elemente zerlegen kann. Da Elemente aus Atomen aufgebaut sind, sind Verbindungen aus verschiedenen Atomarten aufgebaut.
Durch die Elektrolyse von Wasser kann man zeigen, dass Wasser aus den Elementen Sauerstoff und Wasserstoff aufgebaut ist. Wasser ist also eine Verbindung aus den Elementen Sauerstoff und Wasserstoff.
Chemische Untersuchungen ergeben auch, dass zum Beispiel Alkohol, Zucker, Fett und Essig aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff aufgebaut sind.
Kochsalz ist aus den Elementen Natrium und Chlor aufgebaut.

b. Einteilung der Stoffgemenge in heterogene und homogene Gemische
Heterogenes Gemisch

In einem heterogenem Gemisch sind die einzelnen Stoffe des Gemisches gut zu erkennen. Diese Gemenge sehen uneinheitlich aus.
Beispiele:

- Gibt man feinen Sand in ein Glas Wasser, so erhält man eine Suspension. Der Sand sinkt langsam zum Boden des Wasserglases. Man erhält ein Wasser-Sand Gemisch.
- Vermengt man Öl mit Wasser, so erhält man eine Emulsion. Das Öl bildet winzige Tröpfchen, die im Wasser schweben. Lässt man die Emulsion längere Zeit stehen, so trennen sich das Öl und das Wasser wieder.
- Feine Wassertröpfchen in der Luft bilden Nebel.
- Feine Feststoffteilchen in der Luft bilden Rauch (Zigarettenrauch, Rauch aus dem Schornstein).
Homogenes Gemisch

Ein homogenes Gemisch sieht einheitlich aus, das heißt, man kann die einzelnen Stoffe des Gemisches weder mit dem bloßen Auge noch mit dem Mikroskop erkennen. Diese Gemenge sehen aus wie Reinstoffe.
Beispiele:

- Gibt man Zucker in ein Glas Wasser, so löst sich der Zucker langsam auf, und man erhält eine klare Zuckerlösung.
- Gibt man Salz in ein Glas Wasser, so löst sich das Salz langsam auf, und man erhält eine klare Salzlösung.
- Gibt man einen wasserlöslichen Farbstoff in ein Glas Wasser, so verteilt sich der Farbstoff langsam, und man erhält eine einheitliche Farblösung.
2.1.3 Schematische Zusammenfassung

2.1.4 Aufgaben

1. Auf einem Tisch stehen fünf Trinkgläser, welche alle eine homogene farblose Flüssigkeit enthalten. Jedes der Trinkgläser enthält entweder Wasser, destilliertes Wasser, Wodka, eine Zuckerlösung oder eine Salzlösung. Welche Stoffeigenschaften erlauben es, die verschiedenen Flüssigkeiten zu unterscheiden?
Lösung

2. Wie kann man einen unbekannten flüssigen Reinstoff von reinem Wasser unterscheiden?
Lösung

3. Wie kann man einen unbekannten flüssigen Reinstoff von einem unbekannten flüssigen Gemenge unterscheiden?
Lösung

  

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