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Team Digital
Trennverfahren – Destillation
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Grundlagen zum Thema Trennverfahren – Destillation

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.

Zusammenfassung - Trennverfahren - Destillation

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

"Trinke kein destilliertes Wasser! Das ist giftig!" Hast du das schon mal gehört? Warum eigentlich? Und was ist "destilliertes Wasser" beziehungsweise "Destillation" überhaupt? Diesen Fragen gehen wir in diesem Video auf den Grund und sehen uns das "Trennverfahren Destillation" genauer an. Hinter diesem Begriff verbirgt sich ein thermisches Verfahren zur Trennung eines Stoffgemisches, meistens bestehend aus zwei Flüssigkeiten. Das Wort "Destillation" kommt aus dem Lateinischen und kann mit "herabtröpfeln" übersetzt werden. Durch dieses Herabtröpfeln können beispielsweise hochprozentiger Alkohol, Benzin, Desinfektionsmittel, Cremes, Lippenpflege und noch vieles mehr hergestellt werden. Scheint also sehr nützlich zu sein! Stoffgemische begegnen uns im Alltag häufig, ohne dass wir sie direkt als solche erkennen können. Das ist insbesondere bei "homogenen Stoffgemischen" der Fall. Also solchen, die wie ein einziger Stoff erscheinen. Nehmen wir zum Beispiel Meerwasser. Sicher weißt du, dass Meerwasser salzig ist. Meersalz ist ein gefragter Rohstoff, ebenso wie Trinkwasser. Um die Komponenten voneinander zu trennen, wird das Prinzip der Destillation angewendet, bei dem das Süßwasser verdampft und das Salz sich absetzt. Dieses Trennverfahren beruht also auf den unterschiedlichen Siedepunkten der einzelnen Komponenten eines Stoffgemisches. Aber auch zur Herstellung von hochprozentigem Alkohol wird die Destillation genutzt. Alkohol, oder genauer gesagt Ethanol, siedet bei achtundsiebzig Grad und Wasser, wie du sicher weißt, bei einhundert Grad Celsius. So weit so gut, aber wie genau läuft dieser Prozess ab? Wie bereits angesprochen, möchten wir mithilfe der unterschiedlichen Siedepunkte der Komponenten unser Gemisch trennen. Demnach starten wir mit dem Erhitzen des Stoffgemisches. Der Stoff mit dem niedrigeren Siedepunkt, also hier Ethanol, verdampft zuerst. Der Ethanol-Dampf wird gesammelt und über einen Kondensator, in dem er sich wieder verflüssigt zur Destilliervorlage transportiert, in dem das "Destillat", also der reine Alkohol, gesammelt wird. So viel zum groben Überblick. Gehen wir nun die Destillationsapparatur und die etwas seltsamen Begrifflichkeiten im Detail durch. Im "Destillierkolben" befindet sich unser Stoffgemisch, welches wir auftrennen möchten. Darunter ist eine Wärmequelle, zum Beispiel eine Heizplatte oder ein Bunsenbrenner. Mit einem Thermometer wird die Temperatur im Kolben gemessen. Ist der Siedepunkt des zuerst verdampfenden, also flüchtigeren Stoffes erreicht, steigt der Dampf auf und gelangt über die Apparatur in den "Kondensator". Hier haben wir beispielsweise einen "Liebigkühler" als Kondensator. Innerhalb des Liebigkühlers befinden sich zwei voneinander getrennte Kammern. In der äußeren befindet sich Wasser, welches durch einen Zu- und Abfluss eine kontinuierliche Kühlung gewährleistet. Durch das Abkühlen kondensiert der Dampf, das heißt, er wird wieder flüssig und kann anschließend als "Destillat" in der Destilliervorlage aufgefangen werden. So haben wir letztendlich den Bestandteil mit höherem Siedepunkt im ersten Kolben und den leichter siedenen Bestandteil, unser Destillat, im zweiten Kolben. Eine derartige Destillationsapparatur kommt in der Chemie häufig zum Einsatz, da sie eine recht unkomplizierte Methode darstellt, um Stoffgemische voneinander zu trennen. Außerdem benötigt man keine weiteren Lösungsmittel oder Adsorptionsmittel. Das sind poröse Materialien, die Stoffe in sich aufnehmen können. Somit wird das Stoffgemisch nicht verunreinigt. Übrigens: es gibt auch tolle Anleitungen, wie du selbst Meerwasser zu Trinkwasser destillieren kannst. Es muss nicht immer die aufwändige Apparatur aus dem Labor sein. Und was war jetzt mit dem destillierten Wasser? Bevor wir DAzu kommen, sehen wir uns erst noch kurz die Zusammenfassung an. Die Destillation ist ein thermisches Trennverfahren, das auf den unterschiedlichen Siedepunkten der Komponenten eines Stoffgemisches beruht. Durch Erhitzen wird das Ausgangsgemisch zum Sieden gebracht, wodurch der Stoff mit dem niedrigeren Siedepunkt zuerst verdampft und nach dem Kondensieren als reine Flüssigkeit aufgefangen werden kann. So können beispielsweise Alkohol,Trinkwasser aus Meerwasser oder destilliertes Wasser hergestellt werden. Destilliertes Wasser wird dir in der Chemie noch häufig begegnen. Es wird durch Destillation aus herkömmlichem Leitungswasser gewonnen und ist dadurch frei von jeglichen Ionen, Spurenelementen oder Verunreinigungen und wird daher auch "deionisiertes Wasser" genannt. Daher ist beim Trinken geringer Mengen auch kein gesundheitliches Risiko zu befürchten. Lediglich bei übermäßigem Konsum besteht, wie übrigens auch bei normalem Wasser, eine Gefahr der Vergiftung. Da herkömmliches Wasser aber viele Vorteile für unseren Körper hat, solltest du zum Trinken doch besser dabei bleiben. Es gilt also wie bei allem: Die Dosis macht das Gift.

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
    • destillo (lat.) = herabträufeln
    Lösung

    So werden die Satzteile korrekt miteinander verbunden:

    Das Wort „Destillation“ kommt aus dem Lateinischen: „destillare“ kann mit „herabtröpfeln“ übersetzt werden.

    Hinter dem Begriff verbirgt sich ein thermisches Verfahren zur Trennung eines Stoffgemisches.

    Dieses Trennverfahren beruht auf den unterschiedlichen Siedepunkten der einzelnen Komponenten.

    Durch Destillation können beispielsweise hochprozentiger Alkohol, Benzin, Desinfektionsmittel oder Cremes hergestellt werden.

  • Gliedere den Prozess der Destillation.

    Tipps

    Damit der Prozess starten kann, muss Wärmeenergie zugeführt werden.

    Lösung

    Der Prozess der Destillation kann grob so dargestellt werden:

    1. Das Stoffgemisch wird in den Destillierkolben gegeben.
    2. Mithilfe einer Wärmequelle wird es erhitzt.
    3. Die Komponente mit geringerem Siedepunkt verdampft zuerst. Der Dampf steigt nach oben und gelangt in den Kondensator.
    4. Durch Kühlung im Kondensator verflüssigt sich der Dampf.
    5. Der verflüssigte Dampf, das Destillat, wird in die Destilliervorlage transportiert.

  • Benenne die Bestandteile der Destillationsapparatur.

    Tipps

    Das Stoffgemisch wird im Destillierkolben erhitzt.

    Im Kondensator wird der Dampf durch Zu- und Abfluss von Wasser verflüssigt.

    Lösung

    Im Destillierkolben befindet sich unser Stoffgemisch, welches wir auftrennen möchten. Darunter ist eine Wärmequelle, zum Beispiel eine Heizplatte oder ein Bunsenbrenner. Mit einem Thermometer wird die Temperatur im Kolben gemessen.

    Ist der Siedepunkt des zuerst verdampfenden, also flüchtigeren Stoffes, erreicht, steigt der Dampf auf und gelangt über die Apparatur in den Kondensator.
    In unserem Aufbau verwenden wir einen Liebigkühler als Kondensator. Innerhalb des Liebigkühlers sind zwei voneinander getrennte Kammern: In der äußeren befindet sich Wasser, welches durch einen Zu- und Abfluss eine kontinuierliche Kühlung gewährleistet.

    Durch das Abkühlen kondensiert der Dampf. Das heißt, er wird wieder flüssig und kann anschließend als Destillat in der Destilliervorlage aufgefangen werden. So haben wir letztendlich den Bestandteil mit höherem Siedepunkt im ersten Kolben und den leichter siedenden Bestandteil, unser Destillat, im zweiten Kolben.

  • Erläutere die Destillation zur Herstellung von hochprozentigem Alkohol.

    Tipps

    Ethanol siedet zuerst.

    Der Begriff „Kondensation“ beschreibt den Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand.

    Lösung

    Zur Herstellung von hochprozentigem Alkohol wird die Destillation genutzt, denn die einzelnen Komponenten des Stoffgemisches haben eine unterschiedliche Siedetemperatur: Ethanol siedet bei $78\,\pu{°C}$, Wasser bei $100\,\pu{°C}$.

    Das Stoffgemisch wird mithilfe einer Wärmequelle erhitzt. Ist der Siedepunkt des zuerst verdampfenden, also flüchtigeren Stoffes erreicht, in dem Fall Ethanol, steigt der Dampf auf und gelangt über die Apparatur in den Kondensator.

    Der Kondensator ist beispielsweise ein Liebigkühler mit zwei voneinander getrennten Kammern: In der äußeren befindet sich Wasser, welches durch einen Zu- und Abfluss den Dampf kontinuierlich kühlt. Dadurch kondensiert der Dampf. Das heißt, er wird wieder flüssig und kann anschließend in der Destilliervorlage aufgefangen werden.

    So haben wir das Alkohol-Wasser-Stoffgemisch getrennt: Im Destillierkolben bleibt der Bestandteil mit höherem Siedepunkt, also das Wasser, und die leichter siedende Komponente, unser Destillat, der reine Alkohol, befindet sich in der Destilliervorlage.

  • Nenne Beispiele für homogene und heterogene Stoffgemische.

    Tipps
    • homogen = gleichartig

    Heterogene Stoffgemische sind Stoffe, deren unterschiedliche Bestandteile erkennbar sind.

    Lösung

    Homogene Stoffgemische sind Stoffe, deren unterschiedliche Bestandteile nicht erkennbar sind. Das heißt, du siehst nicht, aus welchen Komponenten das Stoffgemisch besteht.
    Beispiele:

    • klarer Apfelsaft (Apfel und Wasser)
    • Salzwasser (Salz und Wasser)

    Heterogene Stoffgemische sind Stoffe, deren unterschiedliche Bestandteile erkennbar sind. Das heißt, du kannst die verschiedenen Komponenten des Stoffgemisches unterscheiden.
    Beispiele:

    • Milch mit Müsli (Milch und Müsli)
    • Sand-Wasser-Gemisch (Sand und Wasser)

  • Definiere die Fachbegriffe näher.

    Tipps
    • homogen = gleichartig

    Der Stoff mit der niedrigeren Siedetemperatur ist das Destillat.

    Lösung

    Destillat
    Das Destillat ist der Stoff, der zuerst siedet und somit in den Kondensator aufsteigt.
    Bei der Herstellung von reinem Alkohol ist beispielsweise Ethanol das Destillat.

    Kondensator
    Der Kondensator kühlt den Dampf des Stoffes ab und verflüssigt ihn somit.
    Als Kondensator wird beispielsweise ein Liebigkühler verwendet.

    Homogenes Stoffgemisch
    In einem homogenen Stoffgemisch sind dessen Bestandteile nicht erkennbar.
    Ein Beispiel dafür ist Meerwasser. Denn das Salz, das im Wasser gelöst ist, ist nicht als solches erkennbar.

    Heterogenes Stoffgemisch
    In einem heterogenen Stoffgemisch hingegen sind die einzelnen Bestandteile erkennbar.
    Ein Beispiel dafür ist ein Öl-Wasser-Gemisch, weil du ganz klar das Öl, das auf dem Wasser „schwimmt“, erkennst.