Mechanische Verfahren Trennung aufgrund der Dichte, der ...

Stofftrennung
Apparative Methoden
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Trennverfahren
Verfahren zur Trennung von Stoffgemischen
Die Funktionsweise jedes Verfahrens beruht auf der Ausnutzung
Unterschiedlicher physikalischer und chemischer Eigenschaften
der miteinander vermischten Stoffe.
Beim Trennen wird die chemische Zusammensetzung der Stoffe nicht verändert.
Die einzelnen Reinstoffe eines Gemenges können somit abgetrennt werden.
Die Reinheit eines Stoffes bezeichnet in der Chemie das Verhältnis eines
erwünschten Stoffes zum gesamten Stoffgemisch.
Im Reinfall ist diese Proportion genau 1 (eins), das heißt, die Konzentrationen
fremder Stoffe sind vernachlässigbar.

Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Brennbarkeit
Löslichkeit
Verhalten gegenüber verschiedenen Chemikalien
Verhalten beim Erhitzen
Physikalische Eigenschaften
Dichte
Farbe
Oberflächenglanz
Härte
Wärmeleitfähigkeit
Elektrische Leitfähigkeit
Magnetisierbarkeit
Schmelztemperatur (Festpunkt), Siedetemperatur, (Kochpunkt), Erweichungsbereich
Verformbarkeit
optische Aktivität

Thermische Verfahren
Destillation
Kristallisation
Extraktion
Trocknung .
Stofftrennung und Analyse
Mechanische Verfahren
Trennung aufgrund der Dichte, der Partikelgröße, der
Magnetisierbarkeit , der elektrischen Ladung, der Zusammensetzung
Abscheiden (z.B. Wasserabscheider)
Filtrieren
Andere Verfahren
Trennung aufgrund der Löslichkeit
Chromatographie
Waschen
Trennung aufgrund des chemischen Aufbaus und Eigenschaften

Trennverfahren
Zwei Komponenten können dann voneinander getrennt werden, wenn sie sich
in mindestens einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft
unterscheiden. Je nach zu trennendem Gemisch kommen sehr
unterschiedliche Trennverfahren zum Einsatz:
Bei der Destillation und Sublimation laufen Phasenumwandlungen ab.
Trennung aufgrund unterschiedlicher Sublimations- oder Siedepunkte.

Destillation
Zur Reinigung von Flüssigkeiten
Die Destillation ist ein Trenn- und Reinigungsverfahren für Flüssigkeiten,
bei dem der zu destillierende Stoff durch Erhitzen in die Gasphase überführt
und durch Abkühlen wieder verflüssigt wird. Der Übergang in die Gasphase
erfolgt bei Flüssigkeiten am Siedepunkt.

Destillation
Thermische Trennverfahren
Destillation beruht auf den unterschiedlich hohen Siedepunkten der
beteiligten Flüssigkeiten. Man sagt dazu auch, dass die Flüssigkeiten einen
unterschiedlich hohen Dampfdruck bei gleicher Temperatur besitzen.
Bei der Destillation wird der Ausgangsstoff erhitzt. Der entstehende Dampf ist ein
Gemisch aus den verschiedenen Komponenten der zu trennenden Lösung und
wird in einem Kondensator abgekühlt. Das flüssige Kondensat wird aufgefangen.
Das Wort "Destillation" leitet sich von dem lateinischen Wort
destillare = herabtröpfeln ab. Es wurde in der Antike auch für andere Trennverfahren
benutzt.

Destillation

Destillation

Destillation
http://www.schnapsbrennen.at
Die wohl älteste und gleichzeitig eine der bekanntesten
Anwendungen der Destillation ist die Herstellung
hochprozentiger alkoholischer Getränke.
Die Konzentration des Alkohols lässt sich aber bei
Normaldruck nur bis auf maximal 95,58% Alkohol
erhöhen. In vielen Fällen gibt es ein
Mischungsverhältnis zweier Flüssigkeiten,
das sich durch Destillation nicht weiter trennen läßt.
Diese Mischungen heißen Azeotrop.

Sublimation

Umkristallisieren
In der Chemie versteht man unter Umkristallisation
ein Reinigungsverfahren. Dabei wird eine gesättigte Lösung eines Stoffes
hergestellt und die Substanz durch Abkühlen der Lösung zur Kristallisation
gebracht. Die entstehenden Kristalle sind in aller Regel deutlich reiner,
besonders wenn die begleitenden Verunreinigungen ein anderes
Lösungsverhalten zeigen. Der Prozess kann solange wiederholt werden,
bis der gewünschte Reinheitsgrad erreicht ist.
Die Kristalle können dann durch Filtration,
Zentrifugation oder Siebung
von der Lösung getrennt werden

Um-Kristallisieren
Zur Reinigung von Feststoffen
löst man den Feststoff häufig in einem geeigneten Lösemittel oder Lösemittelgemisch
auf, filtriert zur Entfernung der Verunreinigung und kristallisiert wieder aus.
Dazu nutzt man entweder die Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit eines
Stoffes aus oder seine unterschiedliche Löslichkeit in verschiedenen Lösemitteln.
Das Prinzip dieser Methode ist recht einfach: man stellt im siedenden Lösemittel,
das mit dem zu reinigenden Stoff nicht reagieren darf, eine gesättigte
(heißgesättigte) Lösung her, filtriert die Verunreinigung ab und läßt die Lösung
abkühlen. Durch die geringe Löslichkeit der meisten Verbindungen bei niedrigen
Temperaturen kristallisieren sie jetzt aus. Man wählt das Lösemittel für eine
Umkristallisation deshalb auch unter dem Gesichtspunkt aus, daß es in der Kälte
sehr wenig, am Siedepunkt aber sehr viel von dem zu reinigenden Stoff löst. Von
der Löslichkeit bei Raumtemperatur hängt es auch ab, wieviel des gelösten
Stoffes zurückgewonnen wird. Das wird allerdings auch davon bestimmt, welche
Lösemittelmenge man eingesetzt hat.

Extraktion
Extraktion ist ein thermisches Trennverfahren, bei dem mit Hilfe eines
Lösungsmittels eine Komponente aus einem Gemisch gelöst wird.
Das mengenmäßig größte Gebiet ist die Gewinnung von Speiseölen
aus Ölsaaten durch Pressung und Extraktion mit Hexan.
Ein neueres Extraktionsverfahren ist die Hochdruckextraktion mit überkritischen Gasen.
Gase nehmen bei hohen Drücken und Temperaturen einen Zustand ein,
der weder dem eines Gases noch dem einer Flüssigkeit entspricht, diesen
Bereich nennt man überkritisch.
Mit überkritischem CO 2
werden Extrakte aus Lebensmitteln gewonnen
oder unerwünschte Stoffe extrahiert:
Koffein aus Kaffeebohnen, Hopfenharze aus Hopfen, Nikotin aus Tabak,
Aromen und Farbstoffe aus verschiedensten Gewürzstoffen und Gewürzpflanzen.

Extraktion
Getrennt wird hier unter Verwendung eines
Zweiphasensystems.
Löslichkeit und Adsorption spielen die entscheidende Rolle.
Durch Abscheiden in einem Scheidetrichter kann man zwei
ineinander unlösliche Flüssigkeiten trennen.
Vermengt man beide Flüssigkeiten eng miteinander, dann
bildet sich ein heterogenes Gemisch, welches man als
Emulsion bezeichnet.
„Ausschütteln“

Extraktion
Gibt man das Gemisch in einen Scheidetrichter, dann trennen sich die
beiden Flüssigkeiten, und man erhält zwei Phasen:
Die untere Phase enthält immer die
Flüssigkeit mit der
größten Dichte, die
obere Phase wird immer
durch die Flüssigkeit
mit der kleineren Dichte
gebildet. Durch Öffnen
des Hahnes kann man
die untere Phase von
der oberen Phase trennen.
Beispiel:
Ein Öl-Wasser-Gemenge.

Extraktion nach Soxhlet
Für die Extraktion wird im chemischen
Laboratorium sehr häufig der
Extraktionsapparat nach Soxhlet (Abb. 1; A
Extraktor, B Dampfleitungsrohr, C
Heberrohr, D Extraktionshülse aus
Filterpapier) verwendet. Man legt im
Rundkolben das Lösemittel vor und füllt die
Extraktionshülse mit dem zu extrahierenden
Gemisch. Das Lösemittel wird zum
Siedepunkt erhitzt, kondensiert am
Rückflußkühler und tropft in die
Extraktionshülse. Nach dem Durchtritt durch
das Filter steigt das Extrakt an dessen
Außenwand bis zur Höhe des Heberrohrs,
durch das es in den Kolben abfließt. Das
Lösemittel steht für eine neue Extraktion zur
Verfügung. Die Extraktion kann mehrere
Stunden dauern.

Trocknung
Bei der Trocknung stellt sich ein Verteilungsgleichgewicht
zwischen einer Flüssigkeit bzw. einem Feststoff und der Gasphase ein.
Die Trocknung ist eins der häufigsten thermischen Trennverfahren.
Die für chemische Reaktionen verwendeten Substanzen müssen oft frei
von Feuchtigkeit sein, da andernfalls die Einwaagen verfälscht werden
und in vielen Fällen, besonders wenn die Verbindungen Wasser enthalten,
die Feuchtigkeit den Ablauf einer Reaktion verhindert oder in eine
ungewünschte Richtung lenkt.
Auch die Reaktionsprodukte müssen von Lösungsmitteln befreit werden, da
sonst ihre einwandfreie Identifizierung und Charakterisierung erschwert
wird.
http://www-oc.chemie.uni-regensburg.de/OCP/methoden/kap9.PDF

Trocknung von Feststoffen
Ein einfaches Gerät zur Trocknung von Feststoffen bei
Raumtemperatur ist der Exsikkator.
Sein Boden wird mit einem wasserentziehenden Mittel
bedeckt (z.B. Schwefelsäure, Kieselgel, Phosphorpentoxid,
Calciumchlorid), sodaß ein trockener Luftraum entsteht.
Bringt man jetzt den feuchten Stoff in einer Schale in den
Exsikkator, dann verdunstet das an ihm adsorbierte Wasser
schneller und wird vom Trockenmittel aufgenommen. Den
Wasserentzug kann man durch Evakuieren des Exsikkators
beschleunigen.
Trockenschränke:
Für größere Substanzmengen ist die Trocknung in Trockenschränken
sinnvoller. Sie sind elektrisch beheizt und die Trockentemperatur läßt sich mit
einem Thermostaten regeln. Vakuumtrockenschränke nutzen die Möglichkeit,
unter vermindertem Druck bei niedrigerer Temperatur zu trocknen.

Trocknung von Flüssigkeiten
Beim Trocknen von Flüssigkeiten handelt es sich fast immer darum,
eine Flüssigkeit wasserfrei zu machen. Es gelingt nur selten, das Wasser durch
Destillation vollständig abzutrennen. Daher füllt man meist ein geeignetes
Trockenmittel in die Flüssigkeit, rührt längere Zeit oder läßt das Gemisch stehen
und filtriert die trockene Flüssigkeit ab.
Das in der Flüssigkeit enthaltene Wasser wird entweder physikalisch durch
Sorption an der Oberfläche, oder in Poren des Trockenmittels, oder chemisch durch
Bildung eines neuen Stoffes, oder durch Anlagerung von Kristallwasser gebunden.
Werden höhere Anforderungen an die Trockenheit einer Flüssigkeit gestellt, dann
wird sie unter Ausschluß der Luftfeuchtigkeit über dem Trockenmittel gekocht und
anschließend abdestilliert.

Trocknung von Flüssigkeiten
Als Trockenmittel haben sich bewährt:
Phosphorpentoxid (P 4
0 10
)
Calciumchlorid (CaCl 2
)
Schwefelsäure (H 2
S0 4
)
Silicagel (Si0 2
)
wasserfreies Natriumsulfat (Na 2
S0 4
)
metallisches Natrium (Na)
Molekularsieb
Bei der Auswahl des Trockenmittels muß man darauf achten, daß es nicht zu
heftig mit der zu trocknenden Flüssigkeit reagiert. So darf man z. B.
Halogenalkane nicht mit metallischem Natrium trocknen. Ether muß mit CaCl 2
vorgetrocknet werden, bevor man das Restwasser mit metallischem Natrium
entfernt, da die große Reaktionswärme zur Entzündung des Ethers führen
würde.

Mechanische Verfahren

Filtrieren
Zur Trennung wird
ein "Sieb" benötigt,
das nur einige
Teilchen
hindurchläßt. Das
Trennkriterium ist
die Teilchengröße.
Mechanisches Trennen aufgrund der Partikelgröße

Dekantieren
Mechanisches Trennen aufgrund der Dichte
Der Ausdruck Dekantieren bezeichnet den Prozess der Abtrennung eines
ungelösten Stoffes aus einem Flüssigkeitsgemisch. Nach einer mehr oder
weniger langen Ruhezeit in einem Gefäß trennen sich Feststoffe durch
Absetzen, das Dekantat. Nicht mischbare Flüssigkeiten (z.B. Wasser-Öl)
trennen sich auf Grund der unterschiedlichen Dichte, meist schwimmt das
Öl auf dem Wasser. Durch vorsichtiges Abgießen einer Schicht kann man
die Stoffe trennen, "an einer Kante entfernen/trennen".

Zentrifugieren
Mechanisches Trennen aufgrund der Dichte
Eine Zentrifuge ist ein technisches Gerät, das unter Ausnutzung der
Zentrifugalkraft die Bestandteile von Suspensionen, Emulsionen und
Gasgemischen trennen kann.
Beispiele für Zentrifugen im Haushalt sind die Salatschleuder
und die Wäscheschleuder:
Das nasse Waschgut wird in die Trommel gegeben, die so schnell
gedreht wird, dass es an die Wand der Trommel gepresst wird. Durch
Löcher in der Wand kann das Wasser abfließen.

Analyse der Stoffe
Analytische Verfahren zur Identifizierung von Stoffen
Es werden Absorptions-, Adsorptions- und Resonanzvermögen gemessen
und in Spektogrammen dargestellt:
IR-Spektrogramm
UV-VIS-Spektrogramm
Massenspektrogramm
NMR-Spektrogramm
Chromatogramm
Gaschromatogramm