Einstieg: Was steht auf der Mineralwasserflasche?
Auf dem Etikett einer Mineralwasserflasche steht eine Tabelle: Calcium, Magnesium, Natrium, Hydrogencarbonat, Sulfat, jeweils in Milligramm pro Liter. Das Wasser sieht völlig klar aus. Trotzdem sind darin andere Stoffe gelöst. Ist Mineralwasser also überhaupt „Wasser“? In dieser Lektion lernst du, Stoffe nach ihrer Zusammensetzung zu ordnen.
Erklärung: Reinstoffe und Gemische
Ein Reinstoff besteht nur aus einer einzigen Teilchensorte. Er hat feste Stoffeigenschaften, zum Beispiel eine genaue Schmelz- und Siedetemperatur. Beispiele: destilliertes Wasser, Kochsalz, Kupfer, Zucker, Sauerstoff.
Ein Gemisch besteht aus zwei oder mehr Reinstoffen. Seine Eigenschaften hängen davon ab, wie viel von jedem Stoff enthalten ist. Salzwasser siedet zum Beispiel etwas über 100 °C, und zwar umso höher, je mehr Salz gelöst ist.
Homogene und heterogene Gemische
- In einem homogenen Gemisch kannst du die Bestandteile auch mit dem Mikroskop nicht unterscheiden. Es sieht überall gleich aus. Beispiele: Mineralwasser, Luft, Messing.
- In einem heterogenen Gemisch erkennst du die Bestandteile mit blossem Auge oder mit dem Mikroskop. Beispiele: Birchermüesli, Granit, Milch unter dem Mikroskop.
Gemischarten
Je nachdem, welche Aggregatzustände zusammenkommen, haben Gemische eigene Namen:
| Gemischart | Bestandteile | Beispiel |
|---|---|---|
| Lösung | Feststoff, Flüssigkeit oder Gas gelöst in einer Flüssigkeit, homogen | Salzwasser, Mineralwasser, Sirup |
| Gasgemisch | Gas in Gas | Luft |
| Legierung | Metall mit Metall oder mit Nichtmetall, erstarrt | Messing (Kupfer und Zink), Bronze, Stahl (Eisen und Kohlenstoff) |
| Gemenge | Feststoff mit Feststoff | Kies, Granit, Müesli |
| Suspension | Feststoff in Flüssigkeit, ungelöst | trübes Flusswasser nach einem Gewitter |
| Emulsion | Flüssigkeit in Flüssigkeit, nicht mischbar | Milch, Salatsauce, Mayonnaise |
| Schaum | Gas in Flüssigkeit oder Feststoff | Rahm geschlagen, Bierschaum, Bauschaum |
| Rauch | Feststoff in Gas | Rauch eines Feuers |
| Nebel | Flüssigkeit in Gas | Nebel im Mittelland, Sprühnebel |
Element und Verbindung
Reinstoffe lassen sich weiter ordnen:
- Ein Element lässt sich mit chemischen Mitteln nicht in andere Stoffe zerlegen. Beispiele: Eisen, Kupfer, Sauerstoff, Kohlenstoff. Alle Elemente stehen im Periodensystem.
- Eine Verbindung besteht aus mehreren Elementen, die chemisch fest miteinander verbunden sind. Sie lässt sich durch eine chemische Reaktion wieder zerlegen. Beispiele: Wasser (aus Wasserstoff und Sauerstoff), Kochsalz (aus Natrium und Chlor).
Elemente teilt man in Metalle und Nichtmetalle ein. Metalle glänzen, leiten Strom und Wärme gut und lassen sich verformen. Nichtmetalle wie Schwefel, Kohlenstoff oder Sauerstoff tun das meist nicht.
Beispiele
Beispiel 1: Milch Milch sieht weiss und gleichmässig aus. Unter dem Mikroskop erkennst du aber kleine Fetttröpfchen, die im Wasser schwimmen. Milch ist deshalb ein heterogenes Gemisch, genauer eine Emulsion. Lässt man Rohmilch stehen, steigt der Rahm nach oben, weil Fett eine kleinere Dichte hat als Wasser.
Beispiel 2: Ein Fünfliber Ein Fünffrankenstück besteht aus Kupfernickel, einer Legierung aus Kupfer und Nickel. Eine Legierung ist ein homogenes Gemisch: Die beiden Metalle sind gleichmässig verteilt, man sieht keine Körner. Weder Kupfer noch Nickel allein hätten genau dieselben Eigenschaften wie die Legierung.
Beispiel 3: Wasser ist nicht gleich Wasser Destilliertes Wasser ist ein Reinstoff und zwar eine Verbindung. Leitungswasser und Mineralwasser sind Lösungen, also homogene Gemische, weil Mineralstoffe darin gelöst sind. Flusswasser nach einem Gewitter ist trüb. Es ist eine Suspension, in der zusätzlich Lehm und Sand schweben.
Merksatz
Reinstoffe bestehen aus einer Teilchensorte und haben feste Eigenschaften. Gemische bestehen aus mehreren Reinstoffen. Sie sind homogen (Lösung, Legierung, Gasgemisch) oder heterogen (Gemenge, Suspension, Emulsion, Schaum, Rauch, Nebel). Reinstoffe sind Elemente oder Verbindungen.
Übungen
Grundlagen
- Ordne als Reinstoff oder Gemisch: Kupferdraht, Apfelsaft, Luft, Kochsalz, Meerwasser, Sauerstoff, Rivella.
- Nenne für jede Gemischart aus der Tabelle ein eigenes Beispiel aus deinem Alltag.
- Erkläre den Unterschied zwischen einem Element und einer Verbindung an einem Beispiel.
Weiter
- Ist Orangensaft mit Fruchtfleisch homogen oder heterogen? Begründe.
- Wie kannst du im Versuch prüfen, ob eine klare Flüssigkeit ein Reinstoff oder eine Lösung ist? Nenne eine Möglichkeit.
- Ordne zu und begründe: Bronze, Nebel im Mittelland, geschlagener Rahm, Rauch eines Lagerfeuers.
Knobeln
- Ein Schüler sagt: „Luft ist ein Reinstoff, man sieht ja keine Bestandteile.“ Widerlege die Aussage.
- Warum hat Salzwasser keine feste Siedetemperatur, destilliertes Wasser aber schon? Erkläre mit dem Teilchenmodell.
Lösungen
- Reinstoffe: Kupferdraht, Kochsalz, Sauerstoff. Gemische: Apfelsaft, Luft, Meerwasser, Rivella.
- Individuelle Lösungen. Zum Beispiel Lösung: Tee mit Zucker. Gasgemisch: Atemluft. Legierung: Stahl im Velorahmen. Gemenge: Studentenfutter. Suspension: Kakaopulver in Milch, kurz nach dem Rühren. Emulsion: Handcrème. Schaum: Duschschaum. Rauch: Grillrauch. Nebel: Wasserdampfnebel aus der Dusche.
- Ein Element wie Kupfer lässt sich chemisch nicht weiter zerlegen. Eine Verbindung wie Wasser besteht aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff und lässt sich chemisch in diese zerlegen.
- Heterogen, denn die Fruchtfleischstücke sind mit blossem Auge zu erkennen.
- Zum Beispiel einige Tropfen auf einem Uhrglas eindampfen. Bleibt ein Rückstand, war die Flüssigkeit eine Lösung. Möglich ist auch, die Siedetemperatur zu messen: Ein Reinstoff siedet bei einer festen Temperatur, die sich während des Siedens nicht ändert.
- Bronze: Legierung, Kupfer und Zinn gleichmässig vermischt. Nebel: Flüssigkeit (Wassertröpfchen) in Gas (Luft). Geschlagener Rahm: Schaum, Luft in Flüssigkeit. Rauch: Feststoff (Russteilchen, Asche) in Gas.
- Luft ist ein homogenes Gasgemisch aus Stickstoff (rund 78 %), Sauerstoff (rund 21 %) und kleinen Mengen anderer Gase wie Argon und Kohlenstoffdioxid. Dass man keine Bestandteile sieht, zeigt nur, dass das Gemisch homogen ist.
- In destilliertem Wasser gibt es nur Wasserteilchen, sie verdampfen alle unter denselben Bedingungen. In Salzwasser behindern die gelösten Salzteilchen das Verdampfen. Weil beim Sieden vor allem Wasser verdampft, wird die Lösung immer salziger, und die Siedetemperatur steigt während des Siedens weiter an.