Reinstoffe und Gemische: homogen und heterogen

Einstieg: Ist Mineralwasser ein reiner Stoff?

Auf einer Flasche Mineralwasser steht „natürliches Mineralwasser“, darunter eine Tabelle mit Calcium, Magnesium, Natrium und Hydrogencarbonat. Im Alltag nennt man es trotzdem „reines Wasser“. Für die Chemie ist es das nicht. Ebenso wenig sind Milch, Luft oder ein Müsli reine Stoffe. Was ist dann ein reiner Stoff?

Erklärung: Reinstoffe und Gemische

Ein Reinstoff besteht nur aus einem einzigen Stoff. Er hat feste, typische Eigenschaften, zum Beispiel eine bestimmte Schmelz- und Siedetemperatur. Beispiele: destilliertes Wasser, Kupfer, Kochsalz, Zucker, Sauerstoff.

Ein Gemisch (Stoffgemisch) besteht aus mindestens zwei Reinstoffen. Seine Eigenschaften hängen davon ab, wie viel von jedem Bestandteil enthalten ist. Salzwasser siedet zum Beispiel umso höher, je mehr Salz darin gelöst ist.

Im Teilchenmodell sieht das so aus: In einem Reinstoff sind alle Teilchen gleich. In einem Gemisch gibt es mindestens zwei verschiedene Teilchenarten.

Homogen oder heterogen

Gemische teilt man danach ein, ob man die Bestandteile erkennen kann, auch mit einer Lupe oder einem Lichtmikroskop.

• Homogene Gemische sehen einheitlich aus. Die Bestandteile sind selbst unter dem Mikroskop nicht zu unterscheiden.
• Heterogene Gemische sehen uneinheitlich aus. Man erkennt die Bestandteile mit dem Auge, der Lupe oder dem Mikroskop.

Gemischart	Bestandteile	Beispiel
Lösung (homogen)	Feststoff, Flüssigkeit oder Gas in einer Flüssigkeit gelöst	Salzwasser, Zuckerwasser, Mineralwasser
Gasgemisch (homogen)	Gase	Luft
Legierung (homogen)	Metalle	Messing, Bronze
Gemenge (heterogen)	Feststoffe	Müsli, Granit, Sand und Salz
Suspension (heterogen)	Feststoff in Flüssigkeit	Schlammwasser, Orangensaft mit Fruchtfleisch
Emulsion (heterogen)	Flüssigkeit in Flüssigkeit	Milch, Mayonnaise
Rauch (heterogen)	Feststoff in Gas	Rauch über einem Feuer
Nebel (heterogen)	Flüssigkeit in Gas	Nebel, Spray
Schaum (heterogen)	Gas in Flüssigkeit	Seifenschaum, Sahne

Milch sieht weiß und einheitlich aus. Unter dem Mikroskop erkennt man aber kleine Fetttröpfchen im Wasser. Deshalb ist Milch eine Emulsion und damit heterogen.

Beispiele

Beispiel 1: Reinstoff oder Gemisch?

Eine farblose Flüssigkeit wird erhitzt. Sie beginnt bei 100 °C zu sieden, und die Temperatur bleibt beim Sieden bei 100 °C. Eine zweite farblose Flüssigkeit beginnt bei 101 °C zu sieden, und die Temperatur steigt beim Sieden langsam weiter. Die erste Flüssigkeit verhält sich wie der Reinstoff Wasser. Die zweite ist ein Gemisch, zum Beispiel Salzwasser: Beim Sieden verdampft Wasser, die Lösung wird salzreicher und siedet dadurch immer höher.

Beispiel 2: Gemische ordnen

Ordne zu: Apfelschorle, Luft, Sand mit Eisenspänen, Vinaigrette (Öl und Essig, geschüttelt).

• Apfelschorle ohne Fruchtfleisch: Lösung, homogen. Fruchtsaft, Zucker und Kohlenstoffdioxid sind in Wasser gelöst.
• Luft: Gasgemisch, homogen, vor allem aus Stickstoff und Sauerstoff.
• Sand mit Eisenspänen: Gemenge, heterogen.
• Vinaigrette: Emulsion, heterogen. Nach einiger Zeit trennen sich Öl und Essig wieder in zwei Schichten.

Beispiel 3: Was heißt „rein“ im Alltag?

„Reiner Orangensaft“ bedeutet, dass nur Orangen verwendet wurden, ohne Zusätze. Chemisch ist er ein Gemisch aus Wasser, Zucker, Säuren, Farbstoffen und Fruchtfleisch. Achte in Chemie darauf, „rein“ nur für Reinstoffe zu verwenden.

Merksatz

Ein Reinstoff besteht aus einem einzigen Stoff mit gleichartigen Teilchen und hat feste Eigenschaften. Ein Gemisch besteht aus mindestens zwei Reinstoffen. In homogenen Gemischen sind die Bestandteile nicht zu erkennen (Lösung, Gasgemisch, Legierung), in heterogenen schon (Gemenge, Suspension, Emulsion, Rauch, Nebel, Schaum).

Übungen

Grundlagen

1. Ordne als Reinstoff oder Gemisch: Kupfer, Luft, destilliertes Wasser, Meerwasser, Zucker, Milch, Sauerstoff, Granit.
2. Ordne den Gemischen ihre Gemischart zu: Seifenschaum, Messing, Schlammwasser, Nebel, Zuckerwasser.
3. Zeichne im Teilchenmodell einen Kasten mit einem Reinstoff und einen mit einem Gemisch aus zwei Stoffen.

Weiter

4. Erkläre, warum Milch zu den heterogenen Gemischen gehört, obwohl sie einheitlich weiß aussieht.
5. Ein Stück Metall schmilzt nicht bei einer bestimmten Temperatur, sondern wird über einen Temperaturbereich von etwa 900 °C bis 940 °C weich und flüssig. Was schließt du daraus?
6. Nenne je zwei Gemische aus deiner Küche, die homogen sind, und zwei, die heterogen sind.

Knobeln

7. Ein Werbeplakat verspricht „Wasser, so rein wie aus der Quelle“. Nimm aus Sicht der Chemie Stellung.
8. Schüttelt man Öl mit Wasser, entsteht eine trübe Emulsion, die sich bald wieder trennt. Gibt man etwas Spülmittel dazu, bleibt sie länger trüb. Formuliere eine Frage, die man mit einem Versuch dazu untersuchen kann, und beschreibe den Versuch kurz.

Lösungen

1. Reinstoffe: Kupfer, destilliertes Wasser, Zucker, Sauerstoff. Gemische: Luft, Meerwasser, Milch, Granit.
2. Seifenschaum: Schaum. Messing: Legierung. Schlammwasser: Suspension. Nebel: Nebel (Flüssigkeit in Gas). Zuckerwasser: Lösung.
3. Reinstoff: lauter gleiche Kreise. Gemisch: zwei Sorten Kreise, zum Beispiel große und kleine oder zwei Farben, gemischt.
4. Unter dem Mikroskop sieht man kleine Fetttröpfchen, die im Wasser schweben. Die Bestandteile sind also erkennbar, nur nicht mit bloßem Auge. Milch ist eine Emulsion und damit heterogen.
5. Ein Reinstoff hat eine feste Schmelztemperatur. Ein Schmelzbereich zeigt, dass das Metall ein Gemisch ist, also eine Legierung, zum Beispiel Bronze oder Messing.
6. Homogen zum Beispiel: Salzwasser, Essig, Tee ohne Teeblätter, Leitungswasser. Heterogen zum Beispiel: Müsli, Orangensaft mit Fruchtfleisch, Salatdressing, Sahne.
7. Quellwasser ist kein Reinstoff, sondern eine Lösung: Es enthält gelöste Mineralstoffe und Gase. „Rein“ bedeutet in der Werbung „sauber“ oder „ohne Schadstoffe“. Chemisch reines Wasser ist destilliertes Wasser.
8. Mögliche Frage: „Bleibt eine Öl-Wasser-Emulsion mit Spülmittel länger stabil als ohne?“ Versuch: Zwei verschlossene Gläser mit gleich viel Wasser und Öl, in eines ein Tropfen Spülmittel. Beide gleich lang schütteln und messen, nach wie vielen Minuten sich wieder zwei klare Schichten gebildet haben.