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Betrachten wir ein Objekt, welches wir direkt (z.B. den Mond; einen Stuhl) oder nur mit Hilfsmitteln (z.B. ein Bakterium; ein Wassermolekül) wahrnehmen können, so können wir es nach Form, Größe und Stofflichkeit kennzeichnen.
Einen Ingenieur interessieren in erster Linie die Größe und die Form des Objekts, da er dieses als Körper betrachtet.
Ein Chemiker interessiert sich eher für die Stofflichkeit des Objektes. Form und Größe sind für ihn von geringerem Interesse.
Hinweis
Eine eindeutige Definition von Stoff existiert in der Chemie nicht. Allgemein formuliert sind Stoffe Dinge, deren innere Eigenschaften im Vordergrund des Interesses stehen, d.h. die beteiligten Atomen oder Moleküle sowie die Art ihres Zusammenschlusses. Form und Größe von Objekten haben keinen Einfluss auf die Zuordnung zu einem Stoff. Synonym können für die Bezeichnung Stoff auch die Begriffe Materie oder Substanz verwendet werden.
Um Stoffe hinsichtlich ihrer Zusammensetzung zu unterscheiden, benötigen wir zunächst die Definition des Begriffs Phase in der Chemie.
Eine Phase ist ein räumlicher Bereich, in dem die bestimmenden physikalischen Parameter und die chemische Zusammensetzung eines Stoffes homogen sind. Die Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Phasen wird Phasengrenzfläche genannt.
Materien können aufgrund äußerlicher Erscheinung in homogene und heterogene Stoffe bzw. Stoffgemische unterschieden werden.
Heterogene Stoffe/heterogene Gemische
Heterogene Stoffe sind uneinheitlich aufgebaut und bestehen aus mindestens zwei oder mehreren Phasen (z. B. Granit, Kunstmarmor). Durch physikalische Trennverfahren können heterogene Stoffe in ihre homogenen Bestandteile getrennt werden.
Homogene Stoffe/homogene Gemische
Homogene Stoffe bestehen aus einer Phase und sind einheitlich aufgebaut, das heißt dass alle Bestandteile des Stoffes den Raum gleichmäßig erfüllen (z. B. Edelstahl, Gold-Silber-Legierung).
Heterogene Gemische lassen sich nach dem Aggregatzustand ihrer Bestandteile unterteilen:
Aggregatzustand der Bestandteile | Heterogene Gemische | |
Bezeichnung | Beispiele | |
fest - fest | Gemenge | Gesteine, Kunstmarmor, Erze mit Gangart |
fest - flüssig | Suspension | Schmutzwasser, Lehm |
fest - gasf. | Rauch | Rauch, Staub, Bimsstein |
flüssig - flüssig | Emulsion | Milch Mayonnaise |
flüssig-gasf. | Nebel | Wolken, Schaum |
gasf. - gasf. | - | - |
Ein heterogenes Gemisch aus zwei gasförmigen Phasen ist nicht beständig, da sich Gase stets homogen miteinander vermischen.
Ebenso lassen sich homogene Gemische nach dem Aggregatzustand ihrer Bestandteile einteilen:
Aggregatzustand der Bestandteile | Homogene Gemische | |
Bezeichnung | Beispiele | |
fest - fest | Feste Lösung, Mischkristalle | Bronze, Messing Kobaltglas |
fest - flüssig | Lösung | Salz in H2O, Zucker in H2O |
fest - gasf. | Lösung | H2 in Metallen (Hydridspeicher) |
flüssig - flüssig | Lösung | Vodka Essig |
flüssig-gasf. | Lösung | Mineralwasser, O2 in Blut |
gasf. - gasf. | Gasgemisch | Luft, Gärgas
|
Die homogenen Stoffe können wir in Mischphasen und Reinstoffe unterteilen.
Mischphasen
Als Mischphasen werden homogene Gemische von zwei oder mehreren reinen Stoffen bezeichnet. Die chemische Zusammensetzung von Mischphasen ist veränderlich (z. B. Kochsalz gelöst in Wasser). Mischphasen können durch physikalische Trennmethoden in ihre chemisch reinen Stoffe getrennt werden.
Reinstoffe
Reine Stoffe besitzen eine definierte chemische Zusammensetzung und definierte physikalische Eigenschaften (z.B. Kochsalz NaCl, Gold Au ). Als Reinstoffe werden Verbindungen oder chemische Elemente bezeichnet.
Hinweis
In der Praxis existieren absolut reine Stoffe nicht. Sie enthalten stets einen mehr oder weniger geringen Anteil an Verunreinigungen. Deshalb wird bei im Chemikalienhandel handelbaren Reinstoffen der Reinheitsgrad mit angegeben, z.B. der Reinheitsgrad des Stoffes in % angegeben oder mit Bezeichnungen wie "reinst" oder "pro analysi" versehen.
Verbindungen
Diese Reinstoffe bestehen aus mindestens zwei verschieden Elementen. Sie können durch chemische Trennverfahren in ihre chemischen Elemente zerlegt werden (z.B. Schwefelsäure H2SO4, Wasser H2O).
Elemente
Als chemische Elemente bezeichnet man in der Chemie die Grundstoffe der chemischen Reaktionen. Ihre Atome sind ihr kleinsten, durch chemische Reaktionen nicht weiter teilbaren Einheiten. Zu einem Element gehören alle Atomsorten (Isotope) mit derselben Anzahl von Protonen in ihrem Atomkern. Damit haben sie die gleiche Kernladungszahl (Ordnungszahl) und daher auch einen gleichen Aufbau der Elektronenhülle. Die chemischen Elemente sind nach ihrer Ordnungszahl im Periodensystem der Elemente angeordnet (z. B. Neon Ne, Sauerstoff O2).
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