Elemente und Moleküle, Schulbuch

8 GEMENGEtRENNUNG – ANREICHERUNG Rohstoffe sind in den überwiegenden Fällen Gemische. Möchte man nun einen be- stimmten Stoff aus einer Mischung gewinnen, so muss man ihn aus dem Rohstoff- gemisch isolieren. Dazu werden die nicht gewünschten Komponenten (meist als Verunreinigungen bezeichnet) so weit wie notwendig abgetrennt. 100%ig reine Stoffe gibt es nicht. Manchmal ist es auch sinnvoll, Rohstoffe, die aus vielen Kom- ponenten bestehen, in Gruppen ( Fraktionen ) von Stoffen mit ähnlichen Eigenschaf- ten aufzutrennen (zB Destillation von Erdöl). Anreicherung nennt man Trennverfah- ren, bei denen der Anteil der gewünschten Komponente erhöht wird. So wird bei der Trennung eines Metallerzes von taubem Gestein der Anteil des Erzes in der Mischung von 40 auf zum Beispiel 75 % erhöht (Abb. 8.1). Die Trennung von Mischungen dient aber nicht nur der Gewinnung von Stoffen, sondern auch der Analyse von Mischungen, die in Naturstoffen vorkommen oder bei der Produktion von Stoffen mit Hilfe chemischer Vorgänge anfallen (Abb. 8.2). Die Wahl der Trennmethode hängt von der Menge der zu trennenden Stoffe, der Anzahl der Komponenten eines Gemisches, den Aggregatzuständen (Phasen) der einzelnen Komponenten sowie vom Umstand ab, ob die Mischung homogen oder heterogen ist. Bekannte Trennverfahren sind die Filtration, die Destillation, die Extraktion, die Chromatografie sowie die Flotation. Filtration Dabei handelt es sich um die Trennung bestimmter heterogener Mischungen. Vor allem Feststoffe werden von einer Flüssigkeit oder einem Gas abgetrennt. Die in Abb. 8.3 dargestellte Technik eignet sich nur für kleine Mengen im Labor. Im indus- triellen Bereich werden für Flüssigmischungen meist Kerzenfilter und Trommelfilter, für Gas/Feststoffmischungen Zyklone, Schlauchfilter und Elektrofilter eingesetzt. Destillation Das Verfahren dient vor allem zum Auftrennen von Flüssigkeitsgemischen. Das Ge- misch wird in einem Gefäß erhitzt, die Komponenten mit den niedrigeren Siede- punkten verdampfen leichter und werden anschließend kondensiert. Die Kompo- nenten mit den höheren Siedepunkten verbleiben großteils im Gefäß. Die in Abb. 9.3 dargestellte Technik wird nur in der Schnapsbrennerei und für kleine Mengen im Labor angewandt. In den meisten industriellen Prozessen verwendet man Ein- bauten zwischen dem Kochkolben und dem Kühler, die eine bessere Trennung be- wirken. Solche Destillationen werden als Kolonnendestillation bezeichnet. Extraktion Diese Methode setzt man zur Abtrennung bestimmter Komponenten aus einem festen oder flüssigen Gemisch ein. Dabei wird das zu trennende Gemisch mit einem Lösungsmittel behandelt und dieses löst die gewünschten Komponenten aus der Mischung. Die Lösung wird abgetrennt und das Lösungsmittel danach eventuell verdampft (zB Gewinnung von Speiseöl aus Ölfrüchten). Chromatografie Zur Trennung kleiner Mengen von Gemischen eignet sich besonders die Chromato- grafie. Dabei wird die zu trennende Mischung in einen Flüssigkeits- oder Gasstrom gebracht, mit dem sie an einem Feststoff oder einer nicht mischbaren Flüssigkeit vorbeitransportiert wird. Dort werden die einzelnen Komponenten unterschiedlich stark festgehalten, sodass diese zeitlich versetzt mit dem Flüssigkeits- oder Gas- strom aus der Trenneinheit austreten. Spezielle Verfahren sind die Papierchroma- tografie (PC), die Dünnschichtchromatografie (DC; engl. TLC für Thin Layer Chroma- tography), die Hochdruckdünnschicht-Chromatografie (engl. HPTLC für High Performance Thin Layer Chromatography), die Flüssig-Flüssigchromatografie (engl. HPLC für High Pressure Liquid Chromatography) und die Gaschromatografie (GC). Abb. 8.1: Gemengetrennung Abb. 8.2: Naturstoffe – neue Stoffe Abb. 8.3: Filtration im Labor Trichter Filterpapier Erlenmeyer- kolben Filtrat Filterkuchen Gemisch “ Reinstoffe” Fraktionen Gemenge Gemenge, deren Komponenten ähnliche Eigen- schaften aufweisen Gemenge, mit einem höheren Anteil an der gewünschten Komponente ROHSTOFF = Mischung Gemenge- trennung Anreicherung NEUE STOFFE Naturidenter Stoff Synthetischer Stoff In der Natur vorkommend In der Natur nicht vorkommend ROHSTOFF = Mischung Abtrennung des gewünschten Stoffes Chemische Reaktion(en) End- produkt Naturstoff Stoffe Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv