Das Teilchenmodell
Alle Stoffe bestehen aus winzigen Teilchen. Mit dieser Modellvorstellung lassen sich Aggregatzustände, Diffusion und Volumenkontraktion erklären.
2.1.1 Stoffe bestehen aus Teilchen
- Teilchen: jeder Stoff besteht aus unvorstellbar kleinen Teilchen — auch im Mikroskop unsichtbar
- Leerer Raum: zwischen den Teilchen ist nichts, auch keine Luft
- Bewegung: die Teilchen bewegen sich ständig
- Modell: vereinfachte Vorstellung, erklärt Beobachtungen — kein Abbild der Wirklichkeit
2.1.2 Aggregatzustände im Modell
- Fest: dicht, regelmäßig geordnet, Schwingen am Platz
- Flüssig: dicht, ungeordnet, gegeneinander verschiebbar
- Gasförmig: große Abstände, schnelle freie Bewegung
- Temperatur: wärmer = Teilchen schneller; die Teilchen selbst bleiben gleich
2.1.3 Diffusion
- Diffusion: Teilchen verteilen sich durch ihre Eigenbewegung von selbst, ohne Rühren
- Temperatur: je wärmer, desto schneller die Diffusion
- Gas und Flüssigkeit: in Gasen geht es schneller als in Flüssigkeiten (größere Abstände, schnellere Teilchen)
- Beispiele: Parfümduft im Raum, Tee im Wasser, Tinte im Glas
2.1.4 Jeder Stoff, eigene Teilchen
- Teilchenart: jeder Reinstoff hat seine eigene Teilchenart
- Unterschiede: Teilchen verschiedener Stoffe unterscheiden sich in Größe und Masse
- Volumenkontraktion: 50 mL Wasser + 50 mL Alkohol ergeben nur etwa 96 mL
- Erklärung: kleinere Teilchen rücken in die Lücken der größeren; die Masse bleibt gleich
Bei Erwärmung ändern sich Bewegung und Abstände der Teilchen, nie ihre Größe. Eigenschaften wie Farbe, Temperatur oder „flüssig“ hat nur der Stoff aus vielen Teilchen, kein einzelnes Teilchen.
Teilchen richtig zeichnen
Alle Teilchen eines Stoffes gleich groß und gleich gefärbt. Fest: dicht in Reihen. Flüssig: dicht, aber durcheinander. Gas: wenige Teilchen, weit verteilt.
Kein „dazwischen“
Zwischen den Teilchen ist leerer Raum. Wer „Luft dazwischen“ schreibt, verliert Punkte — Luft besteht ja selbst aus Teilchen.
Reinstoffe und Gemische
Ein Reinstoff hat eine Teilchenart, ein Gemisch mehrere. Nach dem Aussehen und nach den Aggregatzuständen der Bestandteile unterscheidet man verschiedene Gemischarten.
2.2.1 Reinstoff oder Gemisch?
- Reinstoff: nur eine Teilchenart, feste Eigenschaften (z. B. Siedetemperatur) — Wasser, Zucker, Kupfer
- Gemisch: mindestens zwei Teilchenarten — Leitungswasser, Luft, Milch
- Falle: klar und einheitlich aussehen heißt nicht „Reinstoff“
- Teilchenbild: Anzahl der Teilchensorten zählen
2.2.2 Arten von Gemischen
- Homogen: auch im Mikroskop einheitlich: Lösung (Zuckerwasser), Gasgemisch (Luft), Legierung (Messing)
- Heterogen: Bestandteile erkennbar: Suspension (fest in flüssig), Emulsion (flüssig in flüssig), Schaum (gasförmig in flüssig)
- In Luft verteilt: Rauch (fest in gasförmig), Nebel (flüssig in gasförmig)
- Gemenge: fest in fest, z. B. Granit, Müsli
Aggregatzustand beider Bestandteile bestimmen: fest in flüssig (ungelöst) = Suspension, flüssig in flüssig = Emulsion, gasförmig in flüssig = Schaum, fest in gasförmig = Rauch, flüssig in gasförmig = Nebel, fest in fest = Gemenge, Metall in Metall = Legierung, gelöst = Lösung.
Milch ist heterogen
Milch sieht einheitlich aus, unter dem Mikroskop erkennt man aber Fetttröpfchen: eine Emulsion.
Lösung ≠ Suspension
Bei der Lösung ist der Stoff gelöst und unsichtbar, die Flüssigkeit ist klar. Bei der Suspension schweben Körnchen, die sich absetzen.
Gemische trennen
Jedes Trennverfahren nutzt einen Unterschied in den Eigenschaften der Bestandteile: Größe, schwerer oder leichter, Siedetemperatur, Löslichkeit, Magnetismus.
2.3.1 Sedimentieren und Dekantieren
- Sedimentieren: schwerere, ungelöste Feststoffe setzen sich am Boden ab (Bodensatz)
- Dekantieren: die Flüssigkeit vorsichtig über dem Bodensatz abgießen
- Zentrifugieren: schnelles Drehen beschleunigt das Absetzen — Salatschleuder, Wäscheschleuder
- Nutzt: schwerer oder leichter
2.3.2 Filtrieren
- Filter: hält Körner zurück, die größer sind als seine Poren
- Rückstand: was im Filterpapier bleibt
- Filtrat: was durchläuft
- Gelöste Stoffe: gehen mit durch — Salzwasser bleibt salzig
2.3.3 Eindampfen und Destillieren
- Eindampfen: Flüssigkeit verdampft, gelöster Feststoff bleibt zurück (Salz aus Salzwasser)
- Destillieren: Gemisch sieden, Dampf im Kühler kondensieren, als Destillat auffangen
- Siedetemperatur: Stoff mit niedrigerer Siedetemperatur verdampft zuerst (Alkohol 78 °C, Wasser 100 °C)
- Kühler: Kühlwasser strömt von unten nach oben, dem Dampf entgegen
2.3.4 Chromatografie
- Zweck: Farbstoffgemische (Tinte, Blattfarbstoffe) trennen
- Startlinie: mit Bleistift, über dem Laufmittel
- Laufmittel: z. B. Wasser, wandert im Papier nach oben und nimmt die Farbstoffe verschieden weit mit
- Auswerten: jeder Fleck ist ein Farbstoff; gleiche Farbe auf gleicher Höhe = gleicher Farbstoff
2.3.5 Ein Trennverfahren planen
- Schritt 1: Bestandteile und ihre Eigenschaften notieren
- Schritt 2: passenden Unterschied suchen: Größe, Löslichkeit, schwerer/leichter, Siedetemperatur, Magnetismus
- Schritt 3: Verfahren in sinnvolle Reihenfolge bringen
- Beispiel: Sand-Salz: lösen → filtrieren → eindampfen
Korngröße: Sieben, Filtrieren · schwerer/leichter: Sedimentieren, Dekantieren, Zentrifugieren, Abschöpfen · Siedetemperatur: Eindampfen, Destillieren · Löslichkeit: Lösen und Filtrieren · Magnetismus: Magnettrennung · verschieden weit mitgenommene Farbstoffe: Chromatografie.
Ziel zuerst klären
Will man den gelösten Stoff (Salz), reicht Eindampfen. Will man die Flüssigkeit (Trinkwasser), muss man destillieren.
Reihenfolge prüfen
Erst lösen, dann filtrieren, dann eindampfen. Wer zuerst eindampft, hat Sand und Salz wieder zusammen.