Trennverfahren für Stoffgemische

Stoffgemische kann man trennen, ohne die Stoffe selbst chemisch zu verändern – man spricht deshalb von physikalischen Trennverfahren. Der Trick ist immer derselbe: Man sucht eine Eigenschaft, in der sich die Bestandteile unterscheiden, und baut den Versuch genau darauf auf. Unterschiedliche Teilchengröße führt zum Filtrieren oder Sieben, unterschiedliche Siedetemperatur zum Destillieren, unterschiedliche Dichte zum Sedimentieren und Dekantieren, und Magnetismus trennt Eisenspäne von Sand.

Deshalb lautet die erste Frage nie „Welches Verfahren nehme ich?“, sondern „Worin unterscheiden sich die Stoffe in meinem Gemisch?“. Sand und Wasser unterscheiden sich in der Teilchengröße, denn Sandkörner sind riesig gegen Wassermoleküle. Salz und Wasser unterscheiden sich darin nicht, weil das Salz in Wasser gelöst ist und in winzige Teilchen zerfällt – dafür unterscheiden sie sich stark in der Siedetemperatur.

Hier steckt der häufigste Fehler: Schüler wollen Salzwasser filtrieren. Das funktioniert nicht, weil gelöste Teilchen durch jede Filterpore schlüpfen. Man erkennt den Fall schon mit den Augen: Eine klare Lösung lässt sich nicht filtrieren, eine trübe Mischung mit sichtbaren Feststoffen schon.

Neben Filtrieren und Destillieren gibt es weitere wichtige Verfahren, die auf anderen Stoffeigenschaften beruhen. Beim Sedimentieren nutzt man den Dichteunterschied: Schwerere Teilchen sinken in einer Flüssigkeit schneller zu Boden als leichtere. Wird die klare Flüssigkeit anschließend vorsichtig abgegossen, spricht man vom Dekantieren.

Die Magnetscheidung trennt magnetische von nichtmagnetischen Stoffen, etwa Eisenspäne von Sand oder Kunststoffresten, und wird auch großtechnisch beim Recycling von Verpackungsmüll eingesetzt. Die Chromatografie schließlich trennt Stoffe nach ihrer unterschiedlichen Löslichkeit und Wanderungsgeschwindigkeit auf einem saugfähigen Papier – damit lassen sich zum Beispiel die einzelnen Farbstoffe trennen, aus denen ein schwarzer Filzstift gemischt ist.

Der häufigste Fehler bleibt der Versuch, Salzwasser zu filtrieren. Da das Salz vollständig in einzelne Ionen gelöst ist, sind diese Teilchen viel kleiner als jede Filterpore und laufen ungehindert mit dem Wasser durch. Nur ein Verfahren, das die Siedetemperatur nutzt, etwa Destillieren oder Eindampfen, trennt gelöste Stoffe vom Lösungsmittel.

Ein zweiter Fehler ist, die Reihenfolge bei mehreren Trennschritten zu vertauschen. Würde man im Beispiel oben zuerst filtrieren und erst danach den Magneten benutzen, bliebe das Eisen im feuchten Filterrückstand zwischen dem Sand stecken und ließe sich nur schwer wieder sauber trennen. Sinnvoll ist es, zuerst die einfachsten, verlustfreiesten Verfahren wie die Magnetscheidung anzuwenden.

Ein dritter Fehler ist, Destillieren und Eindampfen zu verwechseln. Beim Eindampfen verdampft das Lösungsmittel einfach in die Luft und ist verloren, übrig bleibt nur der gelöste Feststoff. Beim Destillieren wird der Dampf zusätzlich aufgefangen und wieder verflüssigt, sodass am Ende beide Bestandteile getrennt zur Verfügung stehen.

Beim Kaffeekochen filtrierst du täglich: Der Kaffeefilter hält das Kaffeepulver zurück, während der gelöste Kaffeegeschmack mit dem Wasser durchläuft. In der Trinkwasseraufbereitung nutzt man ähnliche Prinzipien in größerem Maßstab, kombiniert mit Sedimentation, um Schwebstoffe aus Flusswasser zu entfernen, bevor es weiterverarbeitet wird.

Auch in der Mülltrennung stecken Trennverfahren: In modernen Sortieranlagen trennen Magnete Eisenmetalle heraus, während andere Verfahren wie Wirbelstromabscheider auf ähnliche physikalische Prinzipien setzen, um Aluminium von anderen Materialien zu trennen. Erst danach werden Kunststoffe teils über Dichteunterschiede in Wasserbädern sortiert.

Wer Rotkohlsaft als Indikator selbst herstellt, nutzt im Grunde ebenfalls ein Trennprinzip: Beim Auskochen des Rotkohls lösen sich die Farbstoffe im heißen Wasser, während die pflanzlichen Fasern als Feststoff zurückbleiben und abfiltriert werden können.