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Trennverfahren im Überblick

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Trennverfahren im Überblick
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Grundlagen zum Thema Trennverfahren im Überblick

Trennverfahren – Chemie

Trennverfahren können dir überall im Alltag begegnen, auch wenn es dir bis jetzt vielleicht noch nicht aufgefallen ist. So wird zum Beispiel beim Kaffeekochen oder beim Abgießen des Nudelwassers ein Trennverfahren angewendet. Im folgenden Text findest du einfache Erklärungen zu den wichtigsten Trennverfahren in der Chemie sowie Beispiele zu den einzelnen Trennverfahren.

Was ist ein Trennverfahren? – Definition

Bei einem Trennverfahren handelt es sich um ein Verfahren, bei dem ein heterogenes oder homogenes Stoffgemisch in seine einzelnen Reinstoffe getrennt wird. Die einzelnen Verfahren, die dafür eingesetzt werden können, sind abhängig vom jeweiligen Stoffgemisch. Man unterscheidet dabei zwischen mechanischen und thermischen Trennverfahren.

Mechanische Trennverfahren

Zu den mechanischen Trennverfahren gehören jene Trennverfahren, die physikalische Eigenschaften wie zum Beispiel die Partikelgröße oder die Dichte zur Trennung des Stoffgemischs nutzen.

Sedimentieren und Dekantieren

Bei der Sedimentation handelt es sich um eine mechanische Trennmethode für Suspensionen. Hierbei wird die unterschiedliche Dichte für die Trennung verwendet. Aufgrund der Dichte und der Schwerkraft kommt es zur Ablagerung des Feststoffs am Boden. Dieser wird als Bodensatz oder Sediment bezeichnet. Im Anschluss an die Sedimentation kommt es meist zur Dekantierung.

Unter Dekantieren versteht man das Abgießen einer Flüssigkeit von einem festen, schwer löslichen Stoff, der sich idealerweise am Boden abgesetzt hat. Hierfür werden meist Suspensionen eingesetzt, die zuvor durch Sedimentation oder Zentrifugation getrennt wurden. Da bei dieser Trennmethode jedoch stets ein kleiner Teil der Flüssigkeit zurückbleibt und ein Teil des Feststoffs beim Abgießen mit in den flüssigen Teil übergeht, kann mit der Methode des Dekantierens keine vollständige Stofftrennung erreicht werden.

Im Alltag kannst du dies zum Beispiel bei Orangensaft mit Fruchtfleisch beobachten. Das Fruchtfleisch sinkt mit der Zeit zu Boden. Deswegen soll man die Flasche vor dem Öffnen schütteln, damit sich der Bodensatz wieder lösen kann.

Adsorbieren

Bei der Adsorption (an Oberflächen) kommt es zu einer Trennung des Stoffgemischs, da die einzelnen Komponenten unterschiedlich gute Fähigkeiten haben, an einer porösen Oberfläche anzuhaften. Mit dieser Trennmethode können Gasgemische, Dämpfe, Aerosole oder Lösungen aufgetrennt werden.

Angewandt wird die Methode beispielsweise in Schutzmasken oder bei der Aufreinigung von Wasser. Hierbei wird Aktivkohle, die die poröse Oberfläche bietet, eingesetzt.

Achtung: Adsorption und Absorption sind nicht das Gleiche. Unter der Adsorption versteht man die Bindung von Gasen an einer Oberfläche. Absorption bedeutet in der Chemie den Prozess der Aufnahme oder des Lösens eines Atoms, Moleküls oder eines Ions in einer anderen Phase.

Filtrieren

Was versteht man unter dem Begriff Filtration und was kann man durch Filtrieren trennen? Bei der Filtration wird die Stoffeigenschaft der unterschiedlichen Partikelgröße genutzt. Somit können Suspensionen einfach erklärt durch das Filtrieren getrennt werden. Die größeren Partikel werden durch einen Filter zurückgehalten, während die Flüssigkeit durchfließen kann. Die Flüssigkeit wird auch Filtrat genannt. Der Feststoff, der auf dem Filter bleibt, wird Filterrückstand genannt. Je nachdem wie groß die Partikel des Feststoffs sind, muss eine geeignete Porengröße des Filters verwendet werden. Der Aufbau einer Filtration ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Trennverfahren Filtration: Filtration anschaulich erklärt, filtrieren Beispiele

Sicherlich fragst du dich jetzt, wo die Filtration angewandt wird. In der Chemie wird die Filtration regelmäßig für die Reinigung von Reaktionsprodukten eingesetzt. Die Filtration wird jedoch auch häufig im Alltag angewandt. Anschaulich erklärt ist ein Beispiel für die Filtration das Kochen von Kaffee oder das Abgießen von Nudelwasser.

Thermische Trennverfahren

Anders als vielleicht erwartet spielt bei den thermischen Trennverfahren nicht unbedingt die Temperatur eine tragende Rolle. Vielmehr stellen sich sogenannte thermodynamische Gleichgewichte neu ein. Ein thermodynamisches Gleichgewicht besteht, wenn innerhalb eines Systems keine Material- oder Temperaturflüsse bestehen.

Destillieren und Eindampfen

Bei der Destillation erfolgt die Trennung aufgrund der unterschiedlichen Siedetemperaturen. Sie wird in der Regel zur Trennung von Lösungen eingesetzt. Im Alltag wird die Destillation beispielsweise für die Herstellung von Alkohol eingesetzt. Die einzelnen Komponenten werden der Reihe nach verdampft und im Anschluss in separaten Gefäßen kondensiert und aufgefangen. Für die Destillation werden in der Regel Destillationsapparaturen, wie jene auf der folgenden Abbildung, eingesetzt.

Trennverfahren Destillation: wichtige Trennverfahren Chemie

Beim Eindampfen findet die Trennung ebenfalls durch unterschiedliche Siedepunkte statt. Der weniger flüchtige Stoff bleibt dabei im Reaktionsgefäß zurück.

Extrahieren

Extraktion bedeutet in der Chemie, dass ein Stoff mithilfe eines Extraktionsmittels aus dem Stoffgemisch herausgelöst wird. Im Zusammenhang mit der Extraktion wird dir auch die Extraktionsrate begegnen. Doch was ist die Extraktionsrate? Die Extraktionsrate gibt an, wie viel Prozent des Stoffs beim Extrahieren aus dem Stoffgemisch herausgelöst wurde.

Beim Kochen von Kaffee wird beispielsweise die Extraktion eingesetzt. Das Kaffeepulver wird in einen Filter gegeben. Heißes Wasser wird darüber gegeben, wodurch sich die Geschmacksstoffe des Kaffees im Wasser lösen und mit dem Wasser durch den Filter gehen. Die restlichen Teile des Kaffeepulvers werden dabei vom Filter zurückgehalten.

Chromatografieren

Bei der Chromatografie werden unterschiedliche Wechselwirkungen eines Stoffs mit einer ruhenden stationären Phase sowie einer beweglichen mobilen Phase ausgenutzt. Kann ein Stoff nur schlechte Wechselwirkungen mit der mobilen Phase, jedoch starke Wechselwirkungen mit der stationären Phase bilden, bleibt dieser frühzeitig an der stationären Phase haften. Andere Stoffe, die stärker mit der mobilen Phase wechselwirken können, bleiben erst später an der stationären Phase haften. Auf dem folgenden Bild sieht man als Beispiel dazu den Ablauf einer Dünnschichtchromatografie:

Trennverfahren Chromatografie: Arbeitsbaltt Trennverfahren von Stoffgemischen

Trennverfahren – Zusammenfassung

In der folgenden Tabelle kannst du dir abschließend noch eine Übersicht über die Trennverfahren, die es in der Chemie gibt, ansehen.

Bezeichnung Art des Trennverfahrens Zur Trennung genutzte Eigenschaft Art des Stoffgemischs
Sedimentieren mechanisches Trennverfahren Dichte Suspension
Dekantieren mechanisches Trennverfahren Dichte Suspension
Zentrifugieren mechanisches Trennverfahren Dichte Suspension, Emulsion
Adsorbieren mechanisches Trennverfahren Haftfähigkeit Gasgemisch, Lösung, Dampf
Filtrieren mechanisches Trennverfahren Teilchengröße Suspension
Sieben mechanisches Trennverfahren Teilchengröße Gemenge
Eindampfen thermisches Trennverfahren Siedetemperatur Lösung
Destillieren thermisches Trennverfahren Siedetemperatur Lösung, Emulsion
Extrahieren thermisches Trennverfahren Löslichkeit Lösung, Emulsion
Chromatografieren thermisches Trennverfahren Haftfähigkeit, Wechselwirkungen Lösung

Im Anschluss an das Video kannst du dein neu gewonnenes Wissen zu den Trennverfahren bei Stoffgemischen mit einem Arbeitsblatt und Übungsaufgaben kontrollieren.