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Trennverfahren – Destillation

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Chemie-Team
Trennverfahren – Destillation
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Beschreibung Trennverfahren – Destillation

Inhalt

Destillation – Chemie

Oft begegnen uns Stoffgemische im Alltag, ohne dass wir diese als ein Gemisch aus Stoffen wahrnehmen. Das passiert uns besonders bei homogenen Stoffgemischen, da uns diese einheitlich erscheinen wie ein einziger Stoff. Beispiele aus unserer Umwelt kennst du sicherlich viele: Luft, Meerwasser, Tee. Aber wusstest du auch, dass man aus diesen homogenen Stoffgemischen wieder einzelne Verbindungen abtrennen kann?

So ist es beispielsweise möglich, aus Meerwasser Trinkwasser zu gewinnen. Dazu muss das gelöste Salz entfernt werden. Ein Verfahren, das dabei zum Einsatz kommt, ist die Destillation. Sie gehört zu den chemischen Trennverfahren. Doch was ist Destillation eigentlich genau?

Vorwissen: Um den folgenden Inhalt zu verstehen, solltest du die Aggregatzustände und die zugehörigen Zustandsänderungen kennen.

Destillation – Definition

In Destillation steckt das lateinische Wort stilla für Tropfen und daraus abgeleitet destillare, was so viel wie herabtröpfeln bedeutet. Wir haben es hierbei also mit Flüssigkeiten zu tun.

Im chemischen Sinn bezeichnet Destillation ein thermisches Verfahren zur Trennung von flüssigen Gemischen.

Einfach erklärt wird bei der Destillation ein flüssiges Stoffgemisch erwärmt, bis die Siedetemperatur einer der enthaltenen Verbindung erreicht ist und jene Verbindung gasförmig wird (verdampft). Trennt man nun diesen gasförmigen Anteil vom flüssigen Rest und lässt ihn an anderer Stelle wieder abkühlen und somit kondensieren, haben wir ihn vom Gemisch entfernt, also destilliert. Die einfachen Prinzipien, die hinter dem Prozess der Destillation stecken, beruhen also auf den unterschiedlichen Siedetemperaturen der gelösten Stoffe.

Destillation – Prinzip

Diesen Vorgang kann man ganz einfach selbst nachvollziehen, indem man ein flüssiges Stoffgemisch erwärmt und den zuerst siedenden Anteil an einer kalten Glasplatte wieder kondensieren lässt.
Kochst du Salzwasser in einem Topf, kannst du beobachten, wie der Wasserdampf am kälteren Topfdeckel wieder kondensiert. So hast du reines Wasser aus deiner Salzwassermischung abgetrennt, denn das Salz verbleibt im Topf. Bei der Destillation kann man die kondensierte Flüssigkeit dann in einem zweiten Glasgefäß auffangen.
In der Industrie und in den Laboren geschieht dies natürlich professioneller in komplex aufgebauten Anlagen. Dabei ist es wichtig, dass die dazu verwendete Apparatur weitgehend geschlossen ist, da man sonst größere Mengen der gasförmigen Stoffe verlieren würde. Weitgehend heißt jedoch nicht vollständig: Da das Volumen der gasförmigen Bestandteile größer als das der Flüssigkeiten ist, benötigt man immer eine kleine Öffnung zum Druckausgleich, da es sonst zum Sprengen der Apparatur kommen könnte.

Der zweite wichtige Punkt ist die möglichst präzise Einstellung der Temperatur. Dies spielt vor allem eine Rolle, wenn die Siedetemperaturen der einzelnen Bestandteile sehr dicht beieinanderliegen.

Destillation – Prozess

In der Abbildung siehst du eine einfache Destillationsapparatur, die dir vielleicht aus dem Chemieunterricht bekannt ist. Die grundlegenden Prinzipien der Destillation kann man hier ganz leicht nachvollziehen.

Destillation Aufbau einer Apparatur

Das homogene Gemisch auf der linken Seite wird erhitzt, bis der Siedepunkt des am leichtesten zu verflüchtigenden Bestandteils erreicht ist. Dazu ist es natürlich notwendig, vorher die einzelnen Siedetemperaturen der enthaltenen Stoffe zu kennen.
Man stellt also in der Temperaturregelung die geringste Siedetemperatur ein, um die flüchtigste Komponente zuerst abzutrennen.
Dabei werden permanent Temperatur und Masse des Gemischs überwacht und dokumentiert. Bei Erreichen dieses Siedepunkts geht nun also die erste Komponente in den gasförmigen Zustand über und verteilt sich in der Apparatur. So gelangt sie auch in den Liebigkühler. Dies ist eine doppelwandige, an beiden Seiten offene Röhre. Das Gas gelangt nun in den inneren Bereich, während in der äußeren Zone eine Wasserkühlung durchläuft. Diese Temperaturabsenkung bringt den gasförmigen Stoff zum Kondensieren. Er wird wieder flüssig. Durch die leichte Neigung der Röhre fließt dann das abgetrennte Destillat nach unten und wird im rechten Kolben aufgefangen.
Befinden sich mehrere verschiedene Bestandteile im homogenen Gemisch, kann nun das erste Destillat entfernt werden und im Anschluss kann der Vorgang mit dem nächsthöheren Siedepunkt wiederholt werden, bis alle Stoffe abgetrennt wurden.

Destillation – Entwicklung und Beispiele

Das Wissen um den Destillationsvorgang wird wahrscheinlich bereits seit über 7.000 Jahren genutzt. Schon in Mesopotamien wurden so Parfüme und ätherische Öle hergestellt. Auch Aristoteles beschrieb 400 v. Chr. die Möglichkeit, durch Destillation Meerwasser trinkbar zu machen. Heutzutage gibt es viele verschiedene Arten der Destillation wie die Zonendestillation oder die Überdruckdestillation. Letztere kommt zum Beispiel beim Prozess der Luftverflüssigung (Linde-Verfahren) zum Einsatz.
Neben der Entsalzung von Meerwasser sind weitere Anwendungsgebiete die Destillation von Rohöl zur Gewinnung von Bitumen sowie die Destillation von Alkohol. Auch in der Pharmazie ist die Destillation ein wichtiges Verfahren zur Trennung von Stoffgemischen, vor allem um Verunreinigungen zu beseitigen.

Dieses Video

Dieses Video liefert dir für das Trennverfahren der Destillation eine Erklärung. Es handelt sich dabei um ein thermisches Trennverfahren, das die unterschiedlichen Siedepunkte von einzelnen Verbindungen ausnutzt. Es wird gezeigt, was du mithilfe einer Destillation trennen kannst und welche verschiedenen Apparaturen es gibt. Außerdem erfährst du, welche Vor- und Nachteile die Apparaturen haben.
Im Anschluss kannst du nun dein Wissen über die Destillation anhand der interaktiven Übungen und Arbeitsblätter auf die Probe stellen.

Transkript Trennverfahren – Destillation

Hallo! Heute wollen wir uns mit einem besonderen Prinzip der Stofftrennung beschäftigen. Stell dir vor, du gibst Kochsalz in ein Becherglas und rührst einmal kräftig um. Du erhältst eine klare Lösung, weil es sich hierbei um ein homogenes Stoffgemisch handelt. Hast du eine Idee, wie du das Salz und das Wasser nun wieder voneinander trennen kannst? Hierbei hilft dir die Trennmethode der Destillation. Wie diese funktioniert, wollen wir uns in diesem Video einmal genauer ansehen.

Grundlagen der Destillation

Zunächst sehen wir uns dazu das Prinzip der Destillation an. Bei der Destillation handelt es sich um ein thermisches Trennverfahren, also ein Verfahren, das auf Wärmenutzung beruht. So können Bestandteile eines homogenen Stoffgemischs voneinander getrennt werden. Durch Destillation können einmal mehrere flüssige Bestandteile aus einem Gemisch getrennt werden, es können aber auch flüssige Bestandteile von Feststoffen getrennt werden.

Bei Trennverfahren werden die einzelnen Bestandteile immer auf Grund unterschiedlicher Eigenschaften getrennt. Bei der Destillation ist der Siedepunkt einer Verbindung sehr wichtig, also die Temperatur, bei der der Stoff vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über geht. Liegen die Siedepunkte der einzelnen Bestandteile in einem Gemisch weit genug auseinander, lassen sie sich gut durch Destillation trennen.

Durchführung eines Trennverfahrens

Als nächstes sehen wir uns die Durchführung einer Destillation an. Die Lösung, die die zu trennenden Stoffe enthält, wird also erwärmt. Nehmen wir also das Beispiel der Salzlösung. Der Siedepunkt von Wasser liegt bei 100 °C. Ab dieser Temperatur geht Wasser also in den gasförmigen Zustand über. Salz hat einen viel höheren Siedepunkt und bleibt daher bei dieser Temperatur unverändert.

Hast du nun also ein offenes Becherglas mit deiner Salzlösung und erhitzt diese eine ganze Zeit bei 100 °C kannst du feststellen, dass irgendwann das gesamte Wasser aus dem Becherglas verdampft ist und nur noch das feste Salz zurück geblieben ist. Bei dieser Methode ist das Wasser an die Umgebung abgegeben worden.

Aufbau einer Destillationsapparatur

Nun möchte man aber oft alle Bestandteile eines Gemisches erhalten. Dazu gibt es verschiedene Apparaturen, in denen Destillationen durchgeführt werden können. Wir wollen uns nun den Aufbau einer Destillationsapparatur einmal genauer ansehen. Beginnen wir mit einem sehr einfachen Aufbau. Du benötigst hierzu zwei Bechergläser, einen Bunsenbrenner, einen Dreifuß mit Drahtgitter und eine Glasplatte.

Du füllst nun Salzwasser in das eine Becherglas und stellst dieses auf das Drahtgitter über dem Dreifuß. Nun wird das Wasser mit dem Bunsenbrenner bis zum Sieden erhitzt. Über den Wasserdampf wird nun halbschräg die Glasplatte gehalten. An der Glasplatte kühlt sich der Wasserdampf wieder ab und läuft in ein leeres Becherglas. Leider ist diese Methode sehr verlustreich, da sehr viel von dem Wasserdampf an die Umgebung verloren geht.

Außerdem kann bei einem Bunsenbrenner natürlich auch keine exakte Temperatur eingestellt werden. Beim Trennen einer Flüssigkeit von einem Salz funktioniert das, aber wenn zwei Flüssigkeiten getrennt werden sollen, deren Siedepunkte nicht soweit auseinander liegen, ist eine exakte Temperatur sehr wichtig.

Weitere Apparaturen

Wir sehen uns daher eine effizientere Destillationsapparatur an. Diese Apparatur ist weitgehend geschlossen und besitzt lediglich eine kleine Öffnung zum Druckausgleich. Du weißt ja vielleicht schon, dass Gase ein größeres Volumen haben als Flüssigkeiten. Deshalb dürfen die Destillationsapparaturen nie ganz geschlossen sein. Der entstehende Druck würde sonst die Apparatur sprengen.

Anordnung der Bauteile

Zum Aufbau benötigst du zwei Kolben. In den ersten Kolben gibst du die zu trennende Lösung. Dieser Kolben wird nun über eine Destillationsbrücke, die auch Liebigkühler genannt wird, mit einem zweiten Kolben verbunden. Dieser Kühler funktioniert durch Wasserkühlung. Dazu besitzt er eine Glasummantelung, durch die kaltes Wasser fließt. Der Kühler muss also immer mit Schläuchen am Wasserhahn befestigt werden. Wichtig ist außerdem, dass sich ein Thermometer an deiner Apparatur befindet, damit du dieTemperatur im Inneren der Apparatur überprüfen kannst.

Siedetemperatur

Nun kannst du mit einer Heizplatte die Temperatur erhöhen. Ist die Siedetemperatur des leichter siedenen Bestandteils erreicht, beginnt also der Bestandteil mit niedrigerem Siedepunkt zu sieden, wird dieser gasförmig und verteilt sich so in der gesamten Apparatur. Gelangt dieser gasförmige Bestandteil dann in den Liebigkühler, wird seine Siedetemperatur durch die Wasserkühlung unterschritten und er kondensiert wieder.

Durch die leichte Neigung des Kühlers läuft der kondensierte Bestandteil nun in den zweiten Kolben. Auf diese Weise können zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichem Siedepunkt sehr gut getrennt werden. Der schwerer siedende Bestandteil bleibt im ersten Kolben und der leichter siedende Bestandteil gelangt durch Verdampfen und kondensieren in den zweiten Kolben.

Zusammenfassung zum Trennverfahren

So eine Destillationsapparatur kommt in der Chemie sehr oft zum Einsatz. Du kannst damit sehr einfach, viele verschiedene Stoffgemische trennen. Du hast heute gelernt, wie das Trennverfahren der Destillation funktioniert und wie eine Destillationsapparatur aufgebaut ist. Du weißt nun, dass du die Bestandteile homogener Lösungen trennen kannst und welche Rolle die unterschiedlichen Siedepunkte der Bestandteile dabei spielen. Tschüß und bis bald.

19 Kommentare

19 Kommentare
  1. Dankeschön ich habe es in der Schule so gar nicht verstanden

    Von Harry Potter, vor 2 Monaten
  2. Sehr gut erklärt! Vielleicht nächstes mal noch ein bisschen mehr auf Schulthemen beziehen. Dass würde mir sehr helfen.

    Von Oya Sonmez, vor 8 Monaten
  3. Hallo Kaetchen,

    die Apparatur heißt Destillationsapparatur.

    Liebe Grüße aus der Redaktion.

    Von Karsten S., vor fast 2 Jahren
  4. Wie heißt diese Apparatur

    Von Kaetchen 1, vor fast 2 Jahren
  5. das dingist hier werden sachen besser erklärt als in der schule (wie dumm)

    Von J.Kamali, vor mehr als 2 Jahren
Mehr Kommentare

Trennverfahren – Destillation Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Trennverfahren – Destillation kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere den Begriff Destillation.

    Tipps

    Durch Destillation lässt sich zum Beispiel ein Salz-Wasser-Gemisch trennen.

    Lösung

    Das Trennverfahren Destillation ist ein thermisches Trennverfahren und benötigt Wärmezufuhr. Befinden sich zwei Bestandteile in einem homogenen Gemisch, die sich in ihren Siedepunkten unterscheiden, können sie durch Destillation getrennt werden. Das können flüssig-flüssig-Gemische sein, aber auch flüssig-fest-Gemische lassen sich so trennen.

  • Benenne folgende Bestandteile einer Destillationsapparatur.

    Tipps

    Welche Gemische lassen sich durch Destillation trennen?

    Durch welche physikalische Eigenschaft lassen sich die Komponenten trennen?

    Lösung

    Durch eine Destillation werden homogene Gemische thermisch getrennt. Du benötigst also einmal einen Kolben, in dem sich die Lösung befindet, die getrennt werden soll, und einen leeren Kolben, in den du destillieren kannst. Um eine Trennung zu erreichen, benötigst du eine Heizplatte, die das Reaktionsgemisch erwärmt. Die exakte Temperatur zeigt dir dabei das Thermometer an. Ist nun die Siedetemperatur einer der beiden Komponenten erreicht, ist also die leichter siedende Komponente gasförmig, kommt der Liebigkühler ins Spiel. Dessen Außenwand wird durch Wasser gekühlt, sodass das Gas in ihm wieder kondensiert und durch die leichte Neigung in den leeren Kolben fließt. Das Wasser gelangt durch Schläuche in den Kühler. Wird lange genug destilliert, befindet sich die schwerer siedende Komponente im Ausgangskolben und die leichter siedende im zweiten Kolben.

  • Beschreibe die Destillation einer Zuckerlösung.

    Tipps

    Zu Beginn hast du ein Gemisch, am Ende beide Komponenten einzeln.

    Lösung

    Eine Zuckerlösung ist ein homogenes Gemisch bestehend aus Wasser und Zucker. Dieses Gemisch nennt man Lösung.

    Wasser ist eine Flüssigkeit und Zucker ein Feststoff. Die Siedepunkte der beiden Komponenten liegen weit auseinander.

    1. Zunächst hast du die zu trennende Zuckerlösung.
    2. Dann brauchst du eine Wärmequelle, in diesem Fall einen Bunsenbrenner. Dieser kann nur verwendet werden, wenn die Siedepunkte der beiden Stoffe sehr weit auseinander liegen.
    3. Hat die Lösung eine Temperatur von 100°C erreicht, siedet das Wasser.
    4. Befindet sich eine Glasplatte darüber, kondensiert das Wasser daran und läuft in ein zweites Becherglas. Der Flüssigkeitsstand im ersten Becherglas nimmt ab, während er im zweiten Becherglas zunimmt.
    5. Am Ende der Destillation hast du im ersten Becherglas die festen Zuckerkristalle und im zweiten das Wasser.
    So hast du beide Komponenten aus dem Gemisch voneinander getrennt.

  • Gib an, welche Gemische sich gut durch Destillation trennen lassen.

    Tipps

    Destillieren lassen sich homogene fest-flüssig- oder flüssig-flüssig-Stoffgemische.

    Lösung

    Destillation ist ein thermisches Trennverfahren. Es ist damit möglich, homogene Gemische zu trennen, die sich durch Filtration zum Beispiel nicht trennen lassen. Wichtig ist, dass der Siedepunkt der Komponenten weit genug auseinander liegt. Bei Essigsäure und Wasser handelt es sich um ein homogenes Gemisch. Der Siedepunkt von Wasser liegt bei 100°C und der von Essigsäure bei 118°C. Meerwasser ist ein homogenes Gemisch aus Wasser und Salz. Auch dieses Gemisch kannst du durch Destillation trennen. Der Siedepunkt von Salz liegt bei über 800°C. Die anderen Beispiele lassen sich nicht durch Destillation trennen. Kies ist ein Gemenge aus unterschiedlichen Feststoffen, Luft ist ein Gemisch aus Stoffen, die bereits bei Raumtemperatur gasförmig sind, und Rauch besteht aus Luft und kleinen Feststoffpartikeln, die sich auch nicht destillativ trennen lassen.

  • Nenne die physikalische Eigenschaft, die bei der Destillation entscheidend ist.

    Tipps

    Die Destillation ist ein thermisches Trennverfahren.

    Lösung

    Bei der Destillation handelt es sich um ein thermisches Trennverfahren. Zur Trennung wird also Wärme benötigt. Die zu trennenden Komponenten sollten einen möglichst unterschiedlichen Siedepunkt aufweisen. Wird dann die Temperatur über den Siedepunkt der einen Komponente erhöht und bleibt unter dem Siedepunkt der anderen Komponente, so lassen sich beide trennen. Während eine Komponente dann noch flüssig ist, ist die andere bereits gasförmig und der Dampf steigt auf. So lässt sich die leichter siedende Komponente aus dem Gemisch entfernen.

  • Erkläre die Herstellung von Weinbrand.

    Tipps

    Wasser hat einen Siedepunkt von 100°C, der des Alkohols liegt bei 78,3°C.

    Lösung

    Im Wein bilden Wasser und der Trinkalkohol Ethanol ein homogenes flüssig-flüssig-Gemisch. Um aus diesem Wein nun Weinbrand zu erhalten, wird der Wein destilliert. Bei etwa 80°C siedet der Alkohol bereits, während das Wasser noch flüssig bleibt. Es ist wichtig, eine Temperatur zu wählen, die zwischen den Siedepunkten der beiden Komponenten liegt. Der gasförmige Alkohol wird so vom Wasser getrennt und kondensiert am Kühler. Dann wird er in einem zweiten Gefäß aufgefangen.

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