Einführung

Du weißt, dass jeder Stoff unterschiedliche Eigenschaften hat. Besteht ein Stoff nur aus einem Element oder einer Verbindung, so ist dieser Stoff ein Reinstoff. Im Gegensatz zu Gemischen haben Reinstoffe immer gleiche Eigenschaften die jedoch für jeden Reinstoff charakteristisch sind. Bei Gemischen hängen die Eigenschaften von der Zusammensetzung ab. Ist Das Mischungsverhältnis nur leicht verändert, so kann dies große Auswirkungen auf die Eigenschaften haben. Du willst aus einem Gemisch einen Reinstoff bekommen? Wie das geht, kannst du in dem Skript über verschiedene Trennmethoden nachlesen. Doch durch welche Eigenschaften unterscheiden sich die Reinstoffe und wie können diese untersucht werden?

Untersuchung von Reinstoffe

Generell kannst du verschiedene Stoffe anhand des Aussehens, der Härte und Verformbarkeit und dem Verhalten beim Erhitzen unterscheiden. Auch über den Geschmack bzw. Geruch lassen sich Stoffe unterscheiden. Beachte jedoch, dass es viele gesundheitsschädliche oder giftige Stoffe gibt. Daher solltest du Geschmacks- und Geruchsproben vermeiden und nur auf Anweisung durchführen. Viele dieser Eigenschaften wie zum Beispiel die Farbe eines Stoffes siehst du auf einen Blick. Allerdings haben viele Stoffe genau die gleiche Farbe, sodass dadurch keine genaue Aussage darüber getroffen werden kann, um welchen Stoff es sich handelt. Für eine genaue Charakterisierung werden weitere physikalische Eigenschaften benötigt. Um Reinstoffe untersuchen und charakterisieren zu können, werden sie auf folgende physikalische Eigenschaften untersucht:

• Schmelz- und Siedetemperatur
• Dichte
• Brechungsindex
• elektrische Leitfähigkeit
• Wärmeleitfähigkeit
• Löslichkeit

Manche dieser Eigenschaften wie die Schmelz- und Siedetemperatur oder die Dichte stehen oft auch auf dem Etikett des jeweiligen Reinstoffes. Wichtig für die genaue Charakterisierung ist, dass nicht nur eine Eigenschaft einen Stoff ausmacht. Damit man den Stoff eindeutig bestimmen kann, müssen alle diese Eigenschaften mit den Angaben des Stoffes übereinstimmen. So sind beispielsweise sowohl Natriumchlorid als auch Natriumcarbonat in Wasser löslich. Über die Löslichkeit alleine kann man daher keine genaue Aussage über den Stoff treffen. Die Stoffeigenschaften werden in einem Steckbrief zusammengefasst. In diesem können neben den physikalischen Eigenschaften auch andere besonderen Eigenschaften des Reinstoffes beschrieben werden. Beispiel eines Steckbriefes: Nun wollen wir genauer auf die Bestimmung von ein paar der einzelnen Eigenschaften eingehen.

Schmelz- und Siedetemperatur

Um die Schmelz- und Siedetemperatur zu bestimmen, erhitzt du den Stoff und misst die Temperatur mit dem Thermometer. Wird der Schmelzpunkt erreicht, so steigt die Temperatur solange nicht weiter an, bis der Stoff vollständig geschmolzen ist. Anschließend steigt die Temperatur wieder an, bis der Siedepunkt erreicht wird. Ab diesem Punkt steigt die Temperatur nicht weiter an. Während dem Erhitzen kannst du den Temperaturverlauf in ein Diagramm zeichnen, aus dem du die Schmelz- und Siedetemperatur ablesen kannst (Abbildung 2). Anschließend kannst du den Stoff zur Überprüfung der gemessenen Temperaturen wieder langsam abkühlen. Viele Stoffe haben einen sehr niedrigen oder im Fall von Metallen einen sehr hohen Siedepunkt, sodass du diesen nicht selbst im Unterricht ermitteln kannst. Den Versuch kannst du aber mal mit Wasser durchführen, indem du Eis erhitzt bis es schmilzt und du anschließend das Wasser zum Sieden bringst. Natürlich kennst du bereits die Schmelz- und Siedetemperatur von Wasser. Bei dem Versuch weichen deine Werte eventuell leicht von der Schmelztemperatur von und der Siedetemperatur von ab. Dies könnte an einem veränderten Luftdruck liegen. Die Siedetemperatur ist abhängig vom Luftdruck. Die Siedetemperaturen werden bei Normaldruck () angegeben.

Dichte

Zwischen der Dichte und der Masse und dem Volumen gibt es einen Zusammenhang. Die Dichte wird mit folgender Formel berechnen: Willst du nun die Dichte eines Stoffes bestimmen, so wiegst du ihn und bestimmst sein Volumen. Bei Flüssigkeiten ist dies kein Problem. Das Volumen kannst du einfach mit einem Messzylinder bestimmen. Doch wie bestimmt man das Volumen eines Feststoff bzw. die Masse eines gasförmigen Stoffes? Die Masse eines gasförmigen Stoffes wird mit einer Gaswägekugel oder mit einer gasdichten Spritze bestimmt. Hier wird jeweils ein bestimmtes Volumen injiziert bzw. aufgezogen und gewogen. Aus der Differenz des Gewichtes der leeren und vollen Kugel bzw. Spritze kann man das Gewicht des Gases bestimmen. Das Volumen eines Feststoffes kann man ebenfalls mit Hilfe eines Messzylinders bestimmen. Ein Messzylinder wird mit Wasser gefüllt und das Volumen abgelesen. Anschließend gibst du den Feststoff in das Wasser und liest erneut das Volumen an. Der Feststoff hat Wasser verdrängt. Dieses verdrängte Wasser entspricht dem Volumen des Feststoffes (Abbildung 3). Die Differenz der Volumina gibt also das Volumen des Feststoffes an.

Löslichkeit

Zunächst musst du herausfinden, in welchem Lösungsmittel sich der Stoff löst. Ein häufiges Lösungsmittel ist Wasser. Manche Stoffe lösen sich jedoch nur in Säuren oder sogenannten organischen Lösungsmitteln wie zum Beispiel Ethanol. Die Löslichkeit gibt an, wie viel Gramm eines Stoffes in eines Lösungsmittels löslich ist. Um nun herauszufinden, wieviel Kochsalz sich beispielsweise in Wasser löst, gibts du langsam eine bestimmte Menge Kochsalz zu einer bestimmten Menge Wasser zu. Löst sich das Kochsalz nicht mehr auf, so bildet sich ein Bodensatz. Die Sättigungsgrenze ist erreicht. Die Löslichkeit ist abhängig von der Temperatur, daher wird diese mit angegeben. Je wärmer eine Lösung, desto mehr kann sich von einem Stoff lösen.

Stoffgruppen

Nun weißt du, wie einzelne Reinstoffe identifiziert werden können. Manche dieser Stoffe haben ähnliche Eigenschaften, sodass diese in Stoffgruppen zusammengefasst werden. Innerhalb dieser Stoffgruppe stimmen die Stoffe in mehreren Eigenschaften überein.

Salzartige Stoffe

Salzartige Stoffe bilden Kristalle, sind realativ hart und spröde. In wässriger Lösung oder geschmolzenem Zustand sind sie elektrisch leitend. Salzartige Stoffe haben eine hohe Schmelz- und Siedetemperatur. Zu den salzartigen Stoffe zählen zum Beispiel Kochsalz oder Natriumcarbonat.

Metalle

Metalle zeichnen sich durch einen metallischen Glanz aus, wenn sie an einem Stück und nicht pulverförmig vorliegen. Sie sind verformbar und haben eine hohe Schmelz- und Siedetemperatur. Metalle haben eine gute Wärmeleitfähigkeit und können gut elektrischen Strom leiten. Zu den Metallen zählen unter anderem Kupfer und Gold.

Flüchtige Stoffe

Im Gegensatz zu den anderen Stoffgruppen haben flüchtige Stoffe eine niedrige Schmelz- und Siedetemperatur. Daher liegen sie bei Zimmertemperatur auch meistens flüssig oder gasförmig vor. Sie können nur schlecht oder gar keinen elektrischen Strom leiten.