Homogene Gemische

Eigenschaften von homogenen Gemischen

Homogene Gemische zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Bestandteile mit bloßem Auge oder mit einfachen optischen Instrumenten, wie z.B. einer Lupe, nicht zu unterscheiden sind.  Die Umwandlung der einzelnen Stoffe in homogene Gemische bzw. der umgekehrte Prozess, d.h. die Trennung des Gemisches in seine einzelnen Bestandteile, erfolgt durch physikalische Prozesse – Mischen und Trennen. Alle Stoffe, die ein Gemisch bilden, behalten ihre ursprünglichen Eigenschaften bei. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass es keine chemischen Bindungen zwischen ihnen gibt.

Die Bestandteile homogener Gemische können unterschiedliche Aggregatzustände aufweisen. Als Beispiele für solche homogenen Gemische können Lösungen angeführt werden. Ihr Hauptbestandteil ist das Lösungsmittel, in dem die anderen Bestandteile des Gemischs gelöst (oder dispergiert) sind. In flüssigen Lösungen ist das Lösungsmittel eine Flüssigkeit, in gasförmigen Lösungen ist es ein Gas oder in Metalllegierungen ist es ein Feststoff.

Methoden zur Trennung der Bestandteile von homogenen Gemischen

Homogene Gemische entstehen durch die Verbindung von Bestandteilen durch physikalische Methoden. Die Wahl der geeigneten Trennmethode hängt in erster Linie vom Aggregatzustand der einzelnen Bestandteile ab. Die Bestandteile homogener Gemische behalten nach dem Mischen ihre ursprünglichen Eigenschaften bei. Sie beeinflussen auch die Methode der Trennung des Gemischs. Dazu gehören zum Beispiel die Dichte, die Löslichkeit oder der Siedepunkt. Im Folgenden werden einige Beispiele für Methoden zur Trennung homogener Gemische genannt.

Destillation

Die Destillation ist eine wirksame Methode zur Trennung der flüssigen Bestandteile von homogenen Gemischen. Zu den Bedingungen gehören die relativ niedrigen Siedepunkte der einzelnen Komponenten und ihre thermische Stabilität (um eine Zersetzung durch Hitze zu verhindern). Um die einzelnen Stoffe zu destillieren, muss das Gemisch in einem Destillationskolben, der mit einem Kühler verbunden ist, langsam erhitzt werden. Durch die schrittweise Erhöhung der Temperatur werden die einzelnen Bestandteile des homogenen Gemischs zum Sieden gebracht (die Reihenfolge hängt von ihren Siedepunkten ab). Sie gehen vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand über, der dann in den Kondensator gelangt. Das dort (im Gegenstrom) fließende Kühlwasser bewirkt, dass die Dämpfe abkühlen und kondensieren. Auf diese Weise werden alle Bestandteile des Gemischs abdestilliert.

Kristallisation

Das Gegenteil der Auflösung ist der Kristallisationsprozess. Sie dient der Trennung der Bestandteile homogener Gemische in Form von Kristallen durch kontrollierte Verdampfung des Lösungsmittels. In der ersten Etappe des Kristallisationsprozesses muss so viel Lösungsmittel wie möglich verdampft werden, um eine gesättigte Lösung zu erhalten. Anschließend wird es gekühlt. Wird die Temperatur gesenkt, kommt es zu einer Übersättigung und zu einem langsamen Wachstum von Kristallen der in der Lösung gelösten Ursubstanz. Der unter streng definierten und kontrollierten Bedingungen durchgeführte Kristallisationsprozess führt zu Kristallen von großer Größe, gewünschter Form und hoher Reinheit (sogar über 99 %).

Adsorption

Zur Trennung homogener Gemische (gasförmig oder flüssig) kann die Adsorption eingesetzt werden. Bei diesem Verfahren wird die Fähigkeit einiger Stoffe ausgenutzt, andere Komponenten zu absorbieren (z.B. ein Gemisch zu bilden). Ein solcher „Absorber“ wird als Adsorptionsmittel bezeichnet. Es bindet Adsorbatmoleküle (die gelöste Substanz, die adsorbiert wird) an seiner Oberfläche durch Wechselwirkungen physikalischer (physikalische Adsorption) oder chemischer (chemische Adsorption – Chemisorption) Natur.  Als Adsorptionsmittel werden in der Regel Feststoffe mit einer hoch entwickelten spezifischen Oberfläche verwendet (dies erhöht die Trenneffizienz). Häufig wird zu diesem Zweck Aktivkohle verwendet.

Papierchromatographie

Sie ist eine der chromatographischen Techniken, die erfolgreich zur Trennung der Bestandteile eines homogenen Gemischs eingesetzt werden kann. Damit ist es möglich, die Bestandteile von z.B. Tinte in Filzstiften zu trennen. Dazu muss das Gemisch auf den Boden eines speziellen Chromatographie-Filterpapiers (Startlinie) aufgetragen werden. Anschließend wird der Träger mit der aufgetragenen Mischung in Kammern gelegt, in deren Boden sich das Lösungsmittel (Eluent) befindet. Aufgrund der Kapillarkräfte steigt das Eluent entlang des Papiers auf und nimmt dabei das Gemisch mit. Die einzelnen Bestandteile interagieren mit unterschiedlicher Stärke sowohl mit dem Träger als auch mit dem Lösungsmittel, was zu einer Trennung führt.

Homogene Gemische – Beispiele

Benzin ist ein typisches Beispiel für ein flüssiges homogenes Gemisch.  Es besteht aus Kohlenwasserstoffen, die zwischen 5 und 12 Kohlenstoffatome im Molekül enthalten.  Dies sind hauptsächlich Alkane, also gesättigte Verbindungen.  Im Benzin gibt es auch ungesättigte aliphatische Verbindungen – sie haben Doppel- oder Dreifachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen – und Ringverbindungen.

Ein für das menschliche Leben unverzichtbares homogenes Gemisch ist die Luft.  Reine, unverschmutzte Luft ist eine Kombination aus verschiedenen Elementen und chemischen Verbindungen.  Zu seinen festen Bestandteilen gehören Stickstoff, Sauerstoff und die Edelgase.  Die anderen Bestandteile dieses Gasgemischs variieren in Abhängigkeit von einer Reihe von Faktoren.  Dazu gehören Kohlen(IV)-monoxid, Ozon, Schwefel- und Stickstoffoxide, Wasserdampf, Wasserstoff und Methan.

Homogene Gemische sind chemische Lösungen von Salzen in einem Lösungsmittel. Sole ist ein Beispiel für ein solches Gemisch. Sie entsteht durch den physikalischen Prozess des Auflösens von Natriumchlorid (Kochsalz) in Wasser. Sole ist weit verbreitet, zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie. Die Menge der einzelnen Komponenten (NaCl und H₂O) kann durch ihre Konzentration in der Lösung bestimmt werden.