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Mechanische Verfahrenstechnik - Disperse Systeme - Definition

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Mechanische Verfahrenstechnik

Disperse Systeme - Definition

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In der mechanischen Verfahrenstechnik betrachtet man Stoffsysteme, die nicht selten als Schüttungen oder in Pulverform vorliegen. Hierbei handelt sich um feste Stoffe. Bezieht sich die Untersuchung hingegen auf Flüssigkeiten oder Gase so geht man von Stoffsystem in Form von Tröpfchen und Gasblasen aus. 

Exkurs zur näheren Beschreibung eines Stoffs und einer Phase:

Merke

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Bevor wir nun starten, machen wir einen kurzen Ausflug in die Anorganische Chemie und definieren den Begriff Stoff und Phase:

  • Einen Ingenieur interessieren in erster Linie die Größe und Form des Objekts, da er dieses Körper betrachtet.
  • Ein Chemiker interessiert sich eher für die Stofflichkeit des Objektes. Form und Größe sind für ihn von geringerem Interesse.

Definition Stoff:
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 aus der Chemie.

Definition Phase:
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.

Diese Stoffkollektive von Teilchen werden in der Verfahrenstechnik als disperse Systeme bezeichnet. 

Video: Disperse Systeme - Definition

 

Ein disperser Stoff oder eine disperse Phase setzt sich aus einer Vielzahl von Einzelpartikeln zusammen. Einzelpartikeln können dabei in einer festen, flüssigen oder gasförmigen Dispersion verteilt sein. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer kontinuierlichen Phase.  

Kontinuierliche Phase versus disperse Phase

In der nachfolgenden Tabelle findest du eine Auswahl an Beispielen für disperse Systeme:

Kontinuierliche Phase $\rightarrow $

Disperse Phase $\downarrow $

gasförmig (g)flüssig (l)fest (s)
gasförmig (g = gas)xFlüssiger Schaum

poröser Festkörper

fester Schaum

flüssig (l = liquid)Aerosol, NebelEmulsionx
fest (s = solid)

Schüttgüter

Puder, Staub, Rauch

Suspensionerzhaltiges Gestein

Übersicht der dispersen Systeme:

Heterogene Gemische lassen sich nach dem Aggregatzustand ihrer Bestandteile unterteilen:

Aggregatzustand

der Bestandteile

Heterogene Gemische
BezeichnungBeispiele
fest-festGemenge

Gesteine, Kunstmamor,

Erze mit Gangart

fest-flüssigSuspensionSchmutzwasser, Lehm
fest-gasförmigRauchRauch, Staub, Bimsstein
flüssig-flüssigEmulsionMilch, Majonaise
flüssig-gasförmigNebelWolken, Schaum
gasförmig-gasförmig--

Merke

Hier klicken zum AusklappenEin 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
BezeichnungBeispiel
fest-fest

Fest Lösung,

Mischkristalle

Bronze, Messing,

Kobaltglas

fest-flüssigLösungSalz in $ H_2O$, Zucker in $ H_2O$
fest-gasförmigLösung$ H_2 $ in Metallen (Hydridspeicher)
flüssig-flüssigLösungVodka, Essig
flüssig-gasförmigLösungMineralwasser, $ O_2 $ in Blut
gasförmig-gasförmigGasgemischeLuft, Gärgas

Unterteilung homogener Stoffe in Mischphasen und Reinstoffe

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.

Merke

Hier klicken zum AusklappenIn 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).