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Jedes Jahr landen Unmengen an Müll in unseren Meeren und Ozeanen. Für die Lebewesen dort stellt der Müll eine Gefahr dar. Wie würdest die Kunststofftüten in Abbildung 1.1 von dem Wasser trennen? Du könntest einen Kescher nehmen. Der Kescher hat ein Netz mit Löchern, durch die das Wasser gelangt, aber die Tüten zurückgehalten werden. Auf diese Weise kannst du groben Müll vom Wasser trennen. Es gibt aber auch viel kleineren Müll: Mikroplastik. Das sind sehr kleine Stücke aus Kunststoff, die manchmal sogar kleiner als Sandkörner sind. Du bräuchtest einen Filter, um diesen kleinen Müll vom Wasser zu trennen. Bei kleinen Mengen ist das möglich. Leider können wir die Meere und Ozeane aber nicht vollständig filtern oder mit anderen Trennmethoden den ganzen Müll entfernen. Daher sollten wir Müll weitesgehend vermeiden und wenn wir doch Müll haben, diesen durch Mülltrennung entsorgen.
Mit verschiedenen Trennmethoden kannst du gezielt bestimmte Stoffe voneinander trennen. In diesem Artikel geben wir dir einen Überblick über die verschiedenen Verfahren zum Trennen von Stoffgemischen.
Mit verschiedenen Methoden trennst du Stoffgemische
Du wendest Trennmethoden an, um einzelne Stoffe in Stoffgemischen zu trennen. Stoffgemische bestehen aus mindestens zwei unterschiedlichen Stoffen. Bei manchen Stoffgemischen kannst du die unterschiedlichen Stoffe sehen (z.B. Sand in Wasser) (Abb. 1.2). Diese Stoffgemische nennst du heterogene Stoffgemische. Bei homogenen Stoffgemischen kannst du die einzelnen Stoffe nicht erkennen (z.B. Salz in Wasser). Um die Stoffe bei homogenen und heterogenen Gemischen voneinander zu trennen, machst du dir die unterschiedlichen Stoffeigenschaften zunutze.
Abb. 2 Trennmethoden im Überblick
Trennmethoden
In dem Becherglas in Abbildung 3.1 siehst du ein Gemisch aus vier Stoffen: Steine, Eisenspäne, Sand und Salz. Das Ziel von Trennmethoden ist, dass die Steine, Eisenspäne, der Sand und das Salz am Ende getrennt voneinander vorliegen.
Sieben
Als Erstes verwendest du ein Sieb, um die groben Steine von dem Rest zu trennen (Abb. 3.2). Die Löcher des Siebs sind so groß, dass die Eisenspäne, der Sand und das Salz hindurchpassen. Für die Steine sind die Löcher zu klein, sodass diese zurückgehalten werden.
Magnetscheiden
Beim Magnetscheiden machst du dir die Eigenschaft zunutze, dass ein Stoff magnetisierbar ist, während die anderen es nicht sind (Abb. 3.3). Hältst du einen Magneten (am besten mit Frischhaltefolie umwickelt) in das Stoffgemisch aus Eisenspänen, Sand und Salz, dann wird das Eisen als einziger Stoff von dem Magneten angezogen. So trennst du die Eisenspäne von dem Rest des Stoffgemischs.
Extrahieren
Beim Extrahieren machst du dir die Eigenschaft zunutze, dass sich bestimmte Stoffe in einem Lösungsmittel lösen und andere aus dem Stoffgemisch wiederum nicht (Abb. 3.4). Wenn du zu dem Stoffgemisch aus Salz und Sand Wasser hinzugibst und umrührst, löst sich das Salz darin, während der Sand ungelöst bleibt.
Sedimentieren
Als du zu dem Stoffgemisch Wasser hinzugegeben hast und umgerührt hast, war der Sand überall in der wässrigen Lösung verteilt (Abb. 3.5). Lässt du das Stoffgemisch für einige Minuten stehen, sinkt der Sand und setzt sich am Boden ab. Diesen Vorgang nennst du Sedimentieren.
Dekantieren
Da der Sand am Boden liegt und das Wasser mit dem gelösten Salz darüber ist, kannst du die wässrige Lösung vorsichtig abgießen (Abb. 3.6). Diesen Vorgang nennst du Dekantieren. Um aber sicherzugehen, dass kein Sand mit abgegossen wird, lässt du noch ein wenig der wässrigen Lösung mit dem Sand zusammen.
Filtrieren
Das restliche Wasser-Salz-Sand-Gemisch kannst du filtrieren (Abb. 3.7). Die Löcher in dem Filterpapier – du nennst sie Poren – sind kleiner als die Löcher in dem Sieb. Die Poren sind so fein, dass der Sand nicht hindurchpasst. Die im Wasser gelösten Salz-Teilchen sind noch kleiner und passen mit den Wasser-Teilchen zusammen durch die Poren des Filterpapiers.
Trocknen
Das Filterpapier mit dem Sand kannst du einfach zur Seite stellen, am besten an einen warmen Ort, um den Sand zu trocknen (Abb. 3.8). Mit der Zeit verdunstet das Wasser und der Sand wird trocken.
Eindampfen
Bei dem Stoffgemisch aus Salz und Wasser ist noch ganz schön viel Wasser vorhanden (Abb. 3.9). Würdest du das Gemisch trocknen wollen, würde es sehr lange dauern. Du kannst den Trennprozess beschleunigen, indem du das Stoffgemisch eindampfst. Du erhitzt das Stoffgemisch in einem Prozellantiegel über der Brennerflamme. Dabei verdampft das Wasser und am Ende bleibt das Salz im Porzellantiegel übrig.
Mit diesen Trennmethoden hast du nun die Steine, die Eisenspäne, den Sand und das Salz voneinander getrennt.
Weitere Trennmethoden
Abscheiden
Wenn du Öl und Wasser zusammengibst, bleiben zwei Schichten, die du erkennen kannst (Abb. 4.1). Diese Schichten nennst du Phasen. Öl hat eine geringere Dichte als Wasser. Deswegen schwimmt das Öl auf dem Wasser. Die obere Phase besteht aus Öl und die untere aus Wasser. Du kannst das Öl abscheiden, um es von dem Wasser zu trennen. Bei diesem Stoffgemisch bietet es sich zum Beispiel an, dass du das Öl absaugst. Dies ist eine Möglichkeit, um bei Öl-Katastrophen im Meer das Öl zu entfernen. Das Abscheiden ist eine mechanische Trennmethode, mit der du Bestandteile aus einem Stoffgemisch abtrennen kannst.
Destillieren
Bei einem Gemisch aus Wasser und Ethanol kannst du nicht erkennen, dass die Lösung aus zwei Stoffen besteht (Abb. 4.2). Um Ethanol beispielsweise für Ethanol-Kamine zu erhalten, wird das Ethanol von der wässrigen Lösung getrennt. Wasser hat eine Siedetemperatur von 100°C. Die Siedetemperatur von Ethanol liegt bei 78°C. Beim Destillieren erhitzt du das Stoffgemisch auf 80°C. Dabei wechselt das Ethanol von dem flüssigen in den gasförmigen Zustand. Das Wasser bleibt flüssig im Rundkolben. Das gasförmige Ethanol steigt auf und wird durch einen Kondensator geleitet. Im Kondensator wird das Ethanol abgekühlt und wird wieder flüssig. Das flüssige Ethanol fließt in ein Gefäß, wo es aufgefangen wird.
Zentrifugieren
Beim Zentrifugieren kannst du den Vorgang des Sedimentierens beschleunigen (Abb. 4.3). Wenn du ein Stoffgemisch aus Wasser und Sand hast, dann musst du einige Zeit warten, bis der Sand auf den Boden sinkt. Beim Zentrifugieren füllst du das Stoffgemisch in jeweils zwei Zentrifugen-Gläser. Diese Gläser steckst du in die Zentrifuge gegenüber. Dann dreht sich die Zentrifuge schnell. Durch die Fliehkraft werden alle Stoffe nach außen gedrückt. Der Sand sammelt sich so auf dem Boden des Glases und darüber bleibt das Wasser.
Zusammenfassung
Es gibt einige verschiedene Trennmethoden. Bei jeder Trennmethode machst du dir die unterschiedlichen Eigenschaften der Stoffe in einem Stoffgemisch zunutze.