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Trennverfahren

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Die Autor*innen
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André Otto
Trennverfahren
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Grundlagen zum Thema Trennverfahren

Inhalt

Trennverfahren – Chemie

Trennverfahren können dir überall im Alltag begegnen auch wenn es dir bis jetzt vielleicht noch nicht aufgefallen ist. So wird zum Beispiel beim Kaffeekochen oder beim Abgießen des Nudelwassers, ein Trennverfahren angewendet. Im folgenden Text findest du einfache Erklärungen zu den wichtigsten Trennverfahren in der Chemie sowie Beispiele zu den einzelnen Trennverfahren.

Was ist ein Trennverfahren? – Definition

Bei einem Trennverfahren handelt es sich um ein Verfahren, bei dem ein heterogenes oder homogenes Stoffgemische in seine einzelnen Reinstoffe getrennt wird. Die einzelnen Verfahren, die dafür eingesetzt werden können, sind abhängig vom jeweiligen Stoffgemisch. Man unterscheidet dabei zwischen mechanischen und thermischen Trennverfahren.

Mechanische Trennverfahren

Zu den mechanischen Trennverfahren gehören jene Trennverfahren welche physikalische Eigenschaften wie die zum Beispiel die Partikelgröße oder die Dichte zur Trennung des Stoffgemisches nutzen.

Sedimentieren und Dekantieren

Bei der Sedimentation handelt es sich um eine mechanische Trennmethode für Suspensionen. Hierbei wird die unterschiedliche Dichte für die Trennung verwendet. Aufgrund der Dichte und der Schwerkraft kommt es zur Ablagerung des Feststoffes am Boden. Dieser wird als Bodensatz oder Sediment bezeichnet. Im Anschluss an die Sedimentation kommt es meist zur Dekantierung.

Unter Dekantieren versteht man das Abgießen einer Flüssigkeit von einem festen, schwer löslichen Stoff der sich idealerweise am Boden abgesetzt hat. Hierfür werden meist Suspensionen eingesetzt, die zuvor durch Sedimentation oder Zentrifugation getrennt wurden. Da bei dieser Trennmethode jedoch stets ein kleiner Teil der Flüssigkeit zurückbleibt und ein Teil des Feststoffes beim Abgießen mit in den flüssigen Teil übergeht, kann mit der Methode des Dekantierens keine vollständige Stofftrennung erreicht werden.

Im Alltag kannst du dies zum Beispiel bei Orangensaft mit Fruchtfleisch beobachten. Das Fruchtfleisch sinkt mit der Zeit zu Boden. Deswegen soll man die Flasche vor dem Öffnen schütteln, damit sich der Bodensatz wieder lösen kann.

Adsorbieren

Bei der Adsorption (an Oberflächen) kommt es zu einer Trennung des Stoffgemisches, da die einzelnen Komponenten unterschiedlich gute Fähigkeiten haben an einer porösen Oberfläche anzuhaften. Mit dieser Trennmethode können Gasgemische, Dämpfe, Aerosole oder Lösungen aufgetrennt werden.

Angewandt wird die Methode beispielsweise in Schutzmasken oder bei der Aufreinigung von Wasser. Hierbei wird Aktivkohle welches die poröse Oberfläche bietet eingesetzt.

Achtung: Adsorption und Absorption sind nicht das gleiche. Unter der Adsorption versteht man diie Bindung von Gasen an einer Oberfläche. Absorption bedeutet in der Chemie den Prozess der Aufnahme oder des Lösens eines Atoms, Moleküls oder eines Ions in einer anderen Phase.

Filtrieren

Was versteht man unter dem Begriff Filtration und was kann man durch Filtrieren trennen? Bei der Filtration wird die Stoffeigenschaft der unterschiedlichen Partikelgröße genutzt. Somit können Suspensionen einfach erklärt durch das Filtrieren getrennt werden. Die größeren Partikel werden durch einen Filter zurückgehalten, während die Flüssigkeit durchfliessen kann. Die Flüssigkeit wird auch Filtrat genannt. Der Feststoff, der auf dem Filter bleibt, wird Filterrückstand genannt. Je nachdem wie groß die die Partikel des Feststoffes sind, muss ein geeignete Porengröße des Filters verwendet werden. Der Aufbau einer FIltration ist in den folgenden Abbildung dargestellt.

Trennverfahren Filtration: Filtration anschaulich erklärt, filtrieren Beispiele

Sicherlich fragst du dich jetzt, wo die Filtration angewandt wird. In der Chemie wird die Filtration regelmäßig für die Reinigung von Reaktionsprodukten eingesetzt. Die Filtration wird jedoch auch häufig im Alltag angewandt. Anschaulich erklärt, ist ein Beispiel für die Filtration das Kochen von Kaffee oder das Abgießen von Nudelwasser.

Thermische Trennverfahren

Anders als vielleicht erwartet spielt bei den thermischen Trennverfahren nicht unbedingt die Temperatur eine tragende Rolle. Vielmehr stellen sich sogenannte thermodynamische Gleichgewichte neu ein. Ein thermodynamisches Gleichgewicht besteht, wenn es innerhalb eines Systems keine Material oder Temperaturflüsse bestehen.

Destillieren und Eindampfen

Bei der Destillation erfolgt die Trennung aufgrund der unterschiedlichen Siedetemperaturen. Sie wird in der Regel zur Trennung von Lösungen eingesetzt. Im Alltag wird die Destillation beispielsweise für die Herstellung von Alkohol eingesetzt. Die einzelnen Komponenten werden der Reihe nach verdampft und im Anschluss in separaten Gefäßen kondensiert und aufgefangen. Für die Destillation werden in der Regel Destillationsapparaturen, wie jene auf der folgenden Abbildung, eingesetzt.

Trennverfahren Destillation: wichtige Trennverfahren Chemie

Beim Eindampfen findet die Trennung ebenfalls durch unterschiedliche Siedepunkte statt. Der weniger flüchtige Stoff bleibt dabei im Reaktionsgefäss zurück.

Extrahieren

Extraktion bedeutet in der Chemie das ein Stoff mit Hilfe eines Extraktionsmittels aus dem Stoffgemisch herausgelöst wird. Im Zusammenhang mit der Extraktion wird dir auch die Extraktionsrate begegnen. Doch was ist die Extraktionsrate? Die Extraktionsrate gibt an wieviel Prozent des Stoffes beim Extrahieren aus dem Stoffgemisch herausgelöst wurden.

Beim Kochen von Kaffee wird beispielsweise die Extraktion eingesetzt. Das Kaffeepulver wird in einen Filter gegeben. Heißes Wasser wird darüber gegeben wodurch sich die Geschmacksstoffe des Kaffees im Wasser lösen und mit dem Wasser durch den Filter gehen. Die restlichen Teile des Kaffeepulvers werden dabei vom Filter zurückgehalten.

Chromatografieren

Bei der Chromatographie werden unterschiedliche Wechselwirkungen eines Stoffes mit einer ruhenden stationären Phase sowie einer beweglichen mobilen Phase ausgenutzt. Kann ein Stoff nur schlechte Wechselwirkungen mit der mobilen Phase, jedoch starke Wechselwirkungen mit der stationären Phase bilden, bleibt dieser frühzeitig an der stationären Phase haften. Andere Stoffe die stärker mit der mobilen Phase wechselwirken können, bleiben erst später an der stationären Phase haften. Auf dem folgenden Bild sieht man als Beispiel dazu den Ablauf einer Dünnschichtchromatographie:

Trennverfahren Chromatografie: Arbeitsbaltt Trennverfahren von Stoffgemischen

Trennverfahren – Zusammenfassung

In der folgenden Tabelle kannst du dir abschliessend noch eine Übersicht über die Trennverfahren, welche es in der Chemie gibt, ansehen.

Bezeichnung Art des Trennverfahrens Zur Trennung genutzte Eigenschaft Art des Stoffgemisches
Sedimentatieren mechanisches Trennverfahren Dichte Suspension
Dekantieren mechanisches Trennverfahren Dichte Suspension
Zentrifugieren mechanisches Trennverfahren Dichte Suspension, Emulsion
Adsorbieren mechanisches Trennverfahren Haftfähigkeit Gasgemisch, Lösung, Dampf
Filtirieren mechanisches Trennverfahren Teilchengröße Suspension
Sieben mechanisches Trennverfahren Teilchengröße Gemenge
Eindampfen thermisches Trennverfahren Siedetemperatur Lösung
Destillieren thermisches Trennverfahren Siedetemperatur Lösung, Emulsion
Extrahieren thermisches Trennverfahren Löslichkeit Lösung, Emulsion
Chromatografieren thermisches Trennverfahren Haftfähigkeit, Wechselwirkungen Lösung

Im Anschluss an das Video kannst du dein neu gewonnenes Wissen zu den Trennverfahren bei Stoffgemischen mit einem Arbeitsblatt und Übungsaufgaben kontrollieren.

Transkript Trennverfahren

Hallo und herzlich willkommen. Dieses Video heißt "Trennverfahren". Du kennst bereits Stoffe und Stoffgemische. Nachher kannst Du einzelne Trennverfahren aufzählen und ihr Wesen erläutern. Der Film besteht aus zwei Abschnitten: Allgemeines und die einzelnen Trennverfahren. Allgemeines: Durch Trennverfahren werden Stoffgemische in ihre Bestandteile, d.h. in reine Stoffe, zerlegt. Und damit sind wir schon fertig und kommen zum Abschnitt zwei. Die einzelnen Trennverfahren: Sedimentieren: Sedimentieren bedeutet die Trennung einer Suspension. Dabei werden Ablagerungen von Teilchen unter dem Einfluss der Schwerkraft ausgenutzt. Und das sieht dann so aus: Die Teilchen setzen sich allmählich am Boden des Gefäßes ab. Ein Beispiel dafür ist das Absetzen von Weinstein auf dem Boden eines Weinglases. Dekantieren: Dekantieren ist das Abgießen einer Flüssigkeit von einem festen, schwer löslichen Stoff. Und das sieht etwa so aus: Ein Beispiel ist das Abgießen des Wassers von Sand. Adsorbieren: Adsorbieren nutzt die unterschiedliche Fähigkeit von Stoffen aus, an porösen Oberflächen anzuheften. So eine poröse Oberfläche ist zum Beispiel Aktivkohle. Adsorbieren hat eine große Bedeutung in der Schutzmaske. In der Schutzmaske werden giftige Gase adsorbiert. Genauso werden schädliche Stoffe durch die Aktivkohle aus dem Wasser entfernt. Filtrieren: Dabei findet eine mechanische Trennung durch Ausnutzung unterschiedlicher Teilchengröße statt. Zunächst benötigt man ein Gefäß zur Aufnahme der Flüssigkeit. Darüber ist eine Vorrichtung zur Aufnahme des Filters. Darin befindet sich der Filter, an dem die Stofftrennung stattfindet. Ich habe mal einen aus einer Küchenrolle gebastelt. Das Stoffgemisch wird auf den Filter gegeben. Die Flüssigkeit kommt unten im Gefäß an. Das ist das Filtrat. Auf dem Filter bleibt der feste Filterrückstand zurück. Filtrieren ist eine gängige Trennmethode in der Chemie. Aber auch bei der Herstellung von Kaffee wird filtriert. Eindampfen: Hier werden verschiedene Siedepunkte ausgenutzt. Der weniger flüchtige Stoff bleibt zurück. In einer Schale befindet sich eine Lösung eines Feststoffes in Wasser. Durch Erwärmung wird das Wasser verdampft und der feste Stoff bleibt in der Schale zurück. Ein Ergebnis des Eindampfens sind Salzablagerungen. Destillieren: Hier findet eine Trennung von Stoffen mit unterschiedlichen Siedepunkten statt. Jeder Stoff wird der Reihe nach verdampft und dann kondensiert. Im Chemielabor verwendet man dafür eine Destillationsapparatur. Bei der Herstellung von Brandy wird Alkohol von Wasser abdestilliert. Extrahieren: Das bedeutet das Herauslösen eines Stoffes mit einem Lösungsmittel. Im Chemielabor findet das Extrahieren häufig durch das sogenannte Ausschütteln statt. Außerdem ist Kaffee kochen ein schönes Beispiel für Extrahieren. Chromatographieren: Dabei nutzt man die Eigenschaft von Stoffen, an einer Oberfläche unterschiedlich stark zu haften. Ich zeig einmal, wie so etwas im Prinzip funktioniert. Im Glas habe ich ein Lösungsmittel, ein Laufmittel. Dahinein versenke ich jetzt den Papierstreifen mit meinem Stoff. Das Laufmittel bewegt sich nach oben und zieht dann auch den aufgetragenen Stoff nach oben. Ich decke ab, damit das Lösungsmittel nicht verdampft. So, das ist das Ergebnis. Das Prinzip der Trennung kann man am Ergebnis erkennen. Allerdings hat hier keine sehr schöne Trennung erfolgt. Wie es richtig aussehen muss, seht ihr auf diesem Bild, dass ich im Internet gefunden habe. Chromatographieren ist das wichtigste Trennverfahren in der Naturstoffchemie und der Wirkstoffchemie. Und schon wieder am Ende. Ich glaube, über diese Übersicht kann man nun nicht meckern. Ich wünsche Euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.

44 Kommentare

44 Kommentare
  1. Wow was ein tolles Video 🤩
    Jetzt habe ich endlich alles verstanden.

    Von Melz, vor etwa 2 Monaten
  2. Gut

    Von Timberwolf/Clavius, vor 2 Monaten
  3. Sehr tolles Video danke 🤩!

    Von feuerwehrmann sam, vor 2 Monaten
  4. Toll

    Von Lian Helge, vor 3 Monaten
  5. Super Video

    Von Janus, vor 4 Monaten
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Trennverfahren Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Trennverfahren kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe das Trennverfahren der Destillation.

    Tipps

    Aus Wein wird durch Destillation Weinbrand.

    Lösung

    Durch Destillation lassen sich Lösungen trennen. Diese sind homogene Stoffgemische, die aus Flüssigkeit und Feststoff oder zwei Flüssigkeiten bestehen. Wichtig ist, dass sich die einzelnen Bestandteile in ihren Siedepunkten deutlich unterscheiden. Durch Temperaturerhöhung können so nach und nach die einzelnen Bestandteile des Gemisches verdampft und durch Kühlung wieder kondensiert werden. Diese Trennung erfolgt in einer Destillationsapparatur, in der die Kondensation der einzelnen Komponenten durch Wasserkühlung erfolgt.

    Angewendet wird die Destillation vor allem in der Herstellung von hochprozentigem Alkohol. Da sich Wasser $(T_{Sdp}=100°C)$ und Ethanol $(T_{Sdp}=78°C)$ in ihren Siedepunkten unterscheiden, kann der Alkohol mit dieser Trennmethode vom Wasser getrennt werden.

  • Bestimme die Trennverfahren, die folgende Gemische trennen.

    Tipps

    Als erstes solltest du bestimmen, woraus die einzelnen Gemische bestehen und dann, woduch sie sich trennen lassen.

    Lösung
    1. Sedimentieren: Im ersten Beispiel siehst du Rotwein, in dem sich etwas Weinstein gebildet hat. Dieser setzt sich am Glasboden ab.
    2. Dekantieren: Wasser und Sand bilden eine Suspension. Suspensionen lassen sich gut durch Dekantieren trennen. Der Feststoff setzt sich am Boden ab und die Lösung kann abgegossen werden.
    3. Eindampfen: Das Salz wird am Ufer salzhaltiger Gewässer sichtbar, weil durch die Sonneneinstrahlung das Wasser der Lösung entzogen wird und sich festes Salz abscheidet.
    4. Adsorption: In Gasmasken befinden sich oft Aktivkohlefilter. Damit können giftige Gase aus der Umgebungsluft (Gasgemisch) entfernt werden, da sie an der Aktivkohle adsorbiert werden.
    5. Filtrieren: Das Kaffeepulver und der Kaffee bilden eine Suspension. Diese kann durch Filtration getrennt werden, wobei der Feststoff im Filterpapier zurückbleibt.
  • Beschreibe die einzelnen Schritte einer Chromatographie.

    Tipps

    Das Bild über der Aufgabe zeigt eine abgeschlossene Chromatographie.

    Lösung

    Die Chromatographie ist ein Trennverfahren, das darauf beruht, dass Stoffe unterschiedlich stark an einer Oberfläche haften. Soll dieses Verfahren durchgeführt werden, muss als erstes eine kleine Probe des Stoffgemisches auf eine stationäre Phase, wie Papier, aufgetragen werden.

    Am besten eignen sich hierfür verdünnte Proben. Nun wird die stationäre Phase in ein Becherglas mit Lösungsmittel gestellt. Das Lösungsmittel zieht sich an der stationären Phase hoch und zieht dabei die einzelnen Komponenten des Gemisches unterschiedlich weit mit.

    Die Trennung beruht also darauf, dass verschiedene Stoffe eines Gemisches unterschiedlich stark mit dem Papier und dem Wasser wechselwirken. Dieser Effekt kommt durch Unterschiede in der Polarität und eine unterschiedliche Teilchengröße der Bestandteile zustande. Dementsprechend werden sie auch unterschiedlich weit transportiert und sind, nach Beendigung der Chromatographie, einzeln auf dem Papier erkennbar.

  • Erkläre, wie sich ein Wasser-Stein-Gemisch trennen lässt.

    Tipps

    Die Steinchen lösen sich nicht in dem Wasser. Somit lassen sich die beiden Bestandteile im Gemisch gut erkennen.

    Lösung

    Wasser und Steine/Muscheln bilden zusammen ein heterogenes Gemisch. Sie lösen sich also nicht ineinander und können auch im Gemisch gut erkannt werden. Wenn Max also etwas Geduld hat, sollten sich die Steinchen von ganz allein am Boden des Eimers absetzen. Dieser Vorgang wird sedimentieren genannt. Danach kann er das Wasser vorsichtig abgießen. Dieser Trennvorgang heißt dekantieren.

    Trennen sich Steinchen/Muscheln und Wasser nicht so leicht, weil die Feststoffe zu klein sind und im Wasser schwimmen, kann Max das Gemisch auch filtrieren. Dazu reicht es, wenn er ein Filterpapier aus einem Taschentuch macht und das Gemisch durchlaufen lässt. Die Steinchen und Muscheln bleiben so auf dem Taschentuch zurück und das Wasser läuft durch.

  • Nenne die Funktion von Trennverfahren.

    Tipps

    Bei dem Trennverfahren „Filtration“ wird ein Feststoff von einer Flüssigkeit getrennt.

    Lösung

    Trennverfahren dienen in der Chemie dazu, reine Stoffe aus Stoffgemischen zu trennen. Dabei werden allerdings die einzelnen Stoffe in ihren Eigenschaften nicht verändert, da keine Bindungen aufgebrochen oder neu geknüpft werden.

    Häufig dienen Trennverfahren zur Reinigung von Stoffen. Dabei wird die gewünschte Verbindung von den Verunreinigungen getrennt. Welches Trennverfahren das geeignete ist, richtet sich nach den Stoffeigenschaften der beteiligten Komponenten.

  • Bestimme die geeignete Trennmethode für folgende Gemische

    Tipps

    Suspensionen lassen sich filtrieren.

    Lösungen lassen sich nicht filtrieren.

    Lösung

    Liegt eine homogene Mischung aus einer Flüssigkeit und einem Feststoff bzw. aus zwei Flüssigkeiten vor, dann lässt sich das Gemisch nur durch Destillation trennen. Wichtig ist, dass sich die Siedepunkte der einzelnen Bestandteile unterscheiden.

    • Zucker und Wasser lassen sich trennen, da Zucker einen wesentlich höheren Siedepunkt als Wasser besitzt. Das Wasser verdampft also ab 100 °C und der feste Zucker bleibt zurück.
    • Essigsäure und Wasser lassen sich auch trennen, da der Siedepunkt der Essigsäure höher liegt.
    Voraussetzung für eine Filtration ist eine Suspension. Die festen Bestandteile dürfen sich also im Lösungsmittel nicht lösen.
    • Kalk und Wasser lassen sich so trennen, da Kalk (Calciumcarbonat) in Wasser unlöslich ist.
    • Sand und Milch lassen sich ebenfalls filtrieren, weil sie nicht ineinander löslich sind.
    • Eisenspäne lösen sich nicht in Ethanol und können auch durch Filtration getrennt werden.

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