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Trennverfahren – Chromatografie

Erfahre, wie Chromatografie Stoffe trennt: ein Verfahren, das in der Chemie weit verbreitet ist. Entdecke die Prinzipien und Arten der Chromatografie, von Papier- bis Gaschromatografie. Interessiert? Erforsche die vielfältigen Anwendungen und teste dein Wissen mit interaktiven Übungen!

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Team Digital
Trennverfahren – Chromatografie
lernst du in der 8. Klasse - 9. Klasse - 10. Klasse - 11. Klasse - 12. Klasse

Trennverfahren – Chromatografie Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Trennverfahren – Chromatografie kannst du es wiederholen und üben.
  • Prüfe die Aussagen über den Begriff „Chromatografie“ auf ihre Richtigkeit.

    Tipps

    Es gibt drei richtige Antworten.

    Lösung

    Der Begriff „Chromatografie“ kommt aus dem Griechischen und kann mit „Farbschreiben“ übersetzt werden.
    Darunter versteht man ein Verfahren zur Auftrennung von Stoffgemischen in die einzelnen Komponenten.
    Aber auch zur quantitativen Analyse, zum Beispiel in der Kriminalistik, werden chromatografische Methoden verwendet.
    Das Trennverfahren beruht dabei auf den unterschiedlichen Wechselwirkungen der Komponenten des Stoffgemisches mit einer sogenannten stationären und einer mobilen Phase.
    Es gibt viele verschiedene chromatografische Trennverfahren, die sich beispielsweise in der Art ihrer stationären und mobilen Phase unterscheiden.

  • Stelle die Chromatografie modellhaft am Beispiel eines Flusses dar.

    Tipps

    Der Begriff „mobil“ kann mit „beweglich“ übersetzt werden.

    Lösung

    Das Prinzip der Chromatografie kannst du dir – natürlich grob vereinfacht – wie einen Fluss vorstellen, in dem sich Treibgut wie Äste, Kiesel oder größere Steine befindet.
    Das Wasser im Fluss steht sinnbildlich für die mobile Phase, wodurch das Treibgut (Äste, Kiesel, größere Steine), also unser Stoffgemisch, über die stationäre Phase, im Beispiel das Flussbett, transportiert wird.
    Je nach Eigenschaften des Treibguts erfolgt ein unterschiedlich schneller Transport über das Flussbett und dadurch die Auftrennung des Treibguts. Äste, Steine und so weiter kommen unterschiedlich schnell am Ende des Flusses an.

  • Erkläre das Prinzip der Chromatografie.

    Tipps

    Bei der Papier-Chromatografie befinden sich in der mobilen Phase das Wasser (Laufmittel) und die Farbe (Stoffgemisch).

    Das sind verschiedene Chromatogramme.

    Lösung

    Es gibt zwei Phasen: die mobile und die stationäre Phase. Wichtig ist dabei, dass diese beiden Phasen sich nicht mischen.
    Die mobile Phase besteht aus dem aufzutrennenden Stoffgemisch und einem Laufmittel. Diese wird nun über die stationäre, also nicht bewegliche Phase transportiert, die häufig aus einem Feststoff besteht.

    Die Komponenten des Stoffgemisches haben unterschiedliche Eigenschaften und wechselwirken daher jeweils mit einer der Phasen. Das heißt, die Bestandteile gehen entweder an unterschiedlichen Stellen in die stationäre Phase über oder verbleiben in der mobilen Phase – unser Gemisch ist getrennt!
    Das Ergebnis der Chromatografie wird als Chromatogramm bezeichnet.

    Es gibt viele verschiedene chromatografische Trennverfahren. Unterteilt werden kann zum Beispiel nach den Eigenschaften, auf denen die Trennwirkung beruht. Das kann unter anderem die Größe, die elektrische Ladung oder die Affinität, also die Neigung von Atomen oder Molekülen, Bindungen einzugehen, sein. Eine weitere Möglichkeit, die Verfahren einzuteilen, ist nach der Art der gewählten mobilen Phase. Bei der Flüssig-Chromatografie liegt die mobile Phase im flüssigen Zustand vor und bei der Gas-Chromatografie entsprechend im gasförmigen Zustand.

  • Gliedere das Versuchsprotokoll der Papier-Chromatografie.

    Tipps

    Sortiere zuerst die Überschriften der Abschnitte in die richtige Reihenfolge und sortiere anschließend darunter jeweils den passenden Abschnitt.

    Beginne mit „Geräte und Chemikalien“.

    Die Auswertung findet ganz am Ende des Experiments statt.

    Lösung

    Es gibt viele verschiedene chromatografische Trennverfahren. Eines davon ist die Papier-Chromatografie.
    Wie bei jedem Experiment schreiben wir dafür ein Versuchsprotokoll. Zum einen können wir dadurch unsere Beobachtungen und Ergebnisse notieren, zum anderen kann das Experiment dadurch jederzeit wiederholt werden.
    Neben den unten genannten Kategorien beinhaltet ein vollständiges Versuchsprotokoll noch die Abschnitte Thema des Versuchs, Sicherheitsmaßnahmen, Aufbau (Skizze) und Entsorgung. Der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber lassen wir diese in diesem Beispiel jedoch weg.

    Geräte und Chemikalien: Benötigt werden Löschpapier, Becherglas mit Wasser, verschiedenfarbige Filzstifte.

    Anleitung: Markiere eine Startlinie auf dem Löschpapier.
    Male darauf Punkte mit den Filzstiften.
    Stelle das Löschpapier in das Becherglas. Aber Vorsicht: Die Startlinie darf dabei das Wasser nicht berühren!
    Warte ein paar Stunden und lege dann das Papier zum Trocknen beiseite.

    Beobachtung:
    Die Farben werden nach oben gezogen. Es entstehen bunte Muster.

    Auswertung:
    Das Löschpapier zieht durch Kapillarkräfte das Wasser nach oben. Dieses transportiert die Filzstiftprobe, wobei einige Bestandteile besser im Wasser gelöst sind, andere besser am Filterpapier haften. So ergibt sich eine Auftrennung der Farbe.

  • Nenne die Eigenschaften, auf denen die Trennwirkung beruhen kann.

    Tipps

    Elektrische Ladung kann positiv (+) oder negativ (–) sein.

    Affinität beschreibt in der Chemie die Neigung von Atomen oder Molekülen, Bindungen einzugehen.

    Lösung

    Es gibt viele verschiedene chromatografische Trennverfahren, wobei das allgemeine Trennprinzip der Chromatografie immer gleich bleibt.
    Diese Verfahren können je nach den Eigenschaften, auf denen die Trennwirkung beruht, unterteilt werden. Die Trennwirkung kann zum Beispiel auf den folgenden Eigenschaften beruhen:

    • Größe,
    • elektrische Ladung oder
    • Affinität, also die Neigung von Atomen oder Molekülen, Bindungen einzugehen.

  • Entscheide, was passiert, wenn ein wasserfester schwarzer Filzstift bei der Papier-Chromatografie verwendet wird.

    Tipps

    Es gibt zwei richtige Antworten.

    Wasserfeste Schminke kann nicht mit Wasser entfernt werden.

    Lösung

    Bei der Papier-Chromatografie wird das Stoffgemisch, in diesem Beispiel die Farbe, in seine einzelnen Bestandteile aufgeteilt.

    Dabei transportiert das Wasser die Filzstiftprobe, wobei einige Komponenten eine bessere Löslichkeit in Wasser aufweisen, während andere stärker am Filterpapier haften. Dies führt zu einer Trennung der Farbkomponenten.

    Wenn wir einen schwarzen wasserfesten Filzstift nehmen, geschieht Folgendes:

    • Der schwarze Punkt verläuft nicht, da die Farbe nicht durch das Wasser transportiert werden kann. Aufgrund der Wasserfestigkeit des Stiftes ist die Farbe nicht wasserlöslich.
    • Wäre der Filzstift zwar schwarz, aber nicht wasserfest, würden sich die Farbkomponenten auf dem Filterpapier trennen. Auch ein schwarzer Filzstift setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen. Diese sind für uns normalerweise nicht sichtbar. Führen wir die Papier-Chromatografie mit einem wasserlöslichen schwarzen Filzstift durch, können wir die Bestandteile erkennen.