Bücher/Schulbuch 1/Stoffe und ihre Eigenschaften: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 18. Januar 2013, 21:51 Uhr

Nicht nur das sind Stoffe in der Chemie ...	auch hier gibt es viele verschiedene Stoffe!

Stoffe sind all die Materialien, aus denen unsere Welt zusammengesetzt ist. Wieviele Stoffe es genau gibt, kann man vermutlich nicht sagen, aber eine wichtige chemische Organisation zählt 30 Millionen auf.

Stoffe im chemischen Sinne

Ein chemischer Stoff ist ein Material oder allgemein alles in den Naturwissenschaften, was man man beobachten und untersuchen kann und auch eine Masse besitzt. Raumbereiche, die keine Materie enthalten, bezeichnet man als Vakuum. Elektromagnetische Wellen wie zum Beispiel Licht werden ebenfalls nicht zur Materie gezählt. Umgangssprachlich werden chemische Stoffe auch mit dem Wort Substanz bezeichnet, das im Sprachgebrauch der Chemie aber auf Stoffe in fester Form, sog. Feststoffe, beschränkt ist.

Stoffe in der Chemie werden grob unterschieden in

• Reinstoffe (Elemente oder Verbindungen) und
• Gemische.

Es gibt weitere Unterteilungen, zu denen wir dann später noch kommen werden.

Wichtige Reinstoffe in der Chemie, die du schon kennen wirst, sind z. B.

• Wasser
• Kochsalz (Natriumchlorid)
• Eisen
• Alkohol (Ethanol)

Wichtige Stoffgemische bspw.

• Luft
• Salzsäure
• Natronlauge (wie auf den Laugenbrezeln)

Jede Stoffportion besitzt eine Masse, hat ein Volumen (also einen Platzbedarf) und besitzt innere Energie bzw. Wärmeenergie. Die Form eines Körpers kann auch bei gleichem Stoff (Material) unterschiedlich sein (z. B. Eisendraht, -pulver, -blech, -kugeln, -wolle).

Was sind Stoffeigenschaften ?

Eine Stoffeigenschaft ist eine für einen bestimmten Stoff typische Eigenschaft. Sie kann mit den Sinnen wahrgenommen werden (z. B. der Geruch) oder nur mit Messgeräten erfassbar sein (z. B. die Dichte eines Stoffes).

In der Chemie unterscheidet man Reinstoffe von Stoffgemischen, denn Reinstoffe haben immer die gleichen Eigenschaften, während bei Stoffgemischen die Eigenschaften von den Mischungsverhältnissen der Komponenten abhängen.

Stoffeigenschaften kann man in mehrere Gruppen unterteilen:

• Physikalische Stoffeigenschaften, wie Härte, Schmelztemperatur, Wasserlöslichkeit, Oberflächenspannung, elektrische Leitfähigkeit oder optische Aktivität und
• Chemische Stoffeigenschaften, wie Brennbarkeit, Explosivität oder Angreifbarkeit durch Säuren oder Laugen.

• Als Physiologische Eigenschaften bezeichnet man chem. und. phys. Stoffeigenschaften unter dem Aspekt der Wahrnehmbarkeit oder der Auswirkungen auf die Umgebung.

Beispiele:

Gold	Sauerstoff	Wasser
	hier verflüssigt Sauerstoff 170px
Gold ist ein gelbes, recht weiches Metall, das eine sehr gute Wärme- und Stromleitfähigkeit hat. Es ist gut verformbar und kann zu sehr dünnen Folien ausgewalzt werden.	Sauerstoff ist ein farb- und geruchloses Gas, mit einen Schmelztemperatur von xxx °C und einer Seidetemperatur von xxx °C. Es reagiert leicht mit anderen Stoffen und wirkt brandfördernd.	Wasser ist ein bei Raumtemperatur durchsichtige Flüssigkeit. Es hat eine Schmelztemperatur von 0°C, ein Siedetemperatur von 100°C und leitet nicht den den Strom. Es verhält sich gegenüber den meisten anderen Stoffen neutral. Es hat eine hohe Oberflächenspannung.

• Gold
• Sauerstoff
• Wasser

Typische Fehler: Gerade Anfängern fällt es nicht immer leicht, die Stoffeigenschaften zu erkennen. Häufig werden Eigenschaften genannt, die man nicht als Stoffeigenschaften im chemischen Sinne bezeichnen darf.

1. Stoffe unterscheidet man nicht anhand von ihren Zuständen. So kann der Stoff Wasser als Flüssigkeit aber auch als gasförmiger Wasserdampf oder festes Eis vorkommen. Es ist dreimal der gleiche Stoff, nur bei verschiedenen Temperaturen. Es gibt deshalb auch Normtemperaturen, bei denen man üblicherweise die Eigenschaften untersucht.
2. Keine Eigenschaften sind auch solche "Fähigkeiten" die sich aus der Bauform ergeben. So sind ein Nagel (spitz) oder eine Feder (elastisch) keine Stoffe. Sie bestehen aus dem Stoff Eisen und die Eigenschaften "spitz" und "elastisch" ergibt sich nur aus der Form. Dagegen gibt es aber Stoffe, wie zum Beispiel Gummi, der in jeder Form elastisch ist.

Liste von Stoffeigenschaften

Es gibt eine wirklich sehr lange Liste an Stoffeigenschaften. Da einige für Schüler nur schwer zu verstehen sind, wurde sie teilweise umschrieben oder auch weggelassen. Wenn du dich ganz ausführlich informieren willst, solltest du dir den Wikipedia-Artikel dazu anschauen, der am Ende der Seite als Quelle angegeben ist.

Auf einige der Stoffeigenschaften werden wir später noch genauer eingehen, weshalb es hier keine genaue Beschreibung gibt.

Physikalische Stoffeigenschaften

Physikalische Stoffeigenschaften sind die stoffspezifischen Werte, welche durch Messung und Experiment einer physikalischen Größe zugeordnet werden können. Bei der Messung wird eine physikalische Eigenschaft des Messobjekts, im Unterschied zu den chemischen Eigenschaften, nicht verändert.

Zu den physikalischen Eigenschaften gehören:

• Farbe, bzw. Absorptions- und Emissionsspektrum (teilweise eine Art nicht sichtbarer Farbeindruck, da man auch nicht-sichtbare Strahlung betrachtet)
• Dichte, wird in einem der folgenden Kapitel genau behandelt.
• Die Wärmeleitfähigkeit, spielt zum Beispiel bei den Griffen von Töpfen eine Rolle. Es wird im Kapitel zur Stoffklasse der Metalle noch einmal angesprochen.
• Elektrische Leitfähigkeit, wird ebenfalls bei den Metallen genauer angesprochen.
• Die Magnetisierbarkeit bzw. Verhalten gegenüber Magneten solltest du kennen.
• Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig) bei einer bestimmten Temperatur wird später noch genauer behandelt.
• Schmelztemperatur und Siedetemperatur oder Erweichungsbereich sind dir vielleicht bekannt. Die werden aber in einem eigenen Kapitel genauer angesprochen.
• Die Optische Aktivität kennst du vom Joghurt. Dort wird mit optisch aktiven Milchsäuren geworben, wie die rechtsdrehenden.
• Bei der Löslichkeit geht es darum, ob und wieviel von einem Stoff in einem Lösungsmittel löslich ist. Zur Löslichkeit in Wasser gibt es ein Kapitel. Aber es gibt auch Lösungsmittel wie Benzin.
• Viskosität hat damit zu tun, wie dickflüssig ein Stoff ist.
• Was Oberflächenspannung ist, solltest du vom Wasser kennen. Wegen der Oberflächenspannung können die Wasserläufer auf dem Wasser laufen können.
• Bei der Schallgeschwindigkeit geht es darum, wie die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist, mit der sich Schallwellen in einem Medium ausbreiten.

Speziell für Feststoffe gibt es noch ein paar bekannte Begriffe:

• Verformbarkeit
• Oberflächenglanz
• Härte

Sie werden alle genau genauer bei der Stoffklasse der Metallen angesprochen.

Chemische Stoffeigenschaften

• Reaktivität gegenüber verschiedenen anderen Stoffen (z.B. gegenüber Sauerstoff: Brennbarkeit, aber auch gegenüber wichtigen Reagenzien wie Wasser, Säuren, Basen, Metallen, Salzlösungen, Chlorgas, Schwefel, Nachweis-Reagenzien usw.)
• Korrosionsbeständigkeit (gegenüber Wasser, feuchter Luft, Elektrolytlösungen)
• Elektronegativität (bei Elementen)
• Bildungsenthalpie, Verbrennungsenthalpie, Gibbssche freie Bildungsenthalpie
• Säurekonstante KS , bzw. Basenkonstante KB

Physiologische Stoffeigenschaften

• Geruch
• Geschmack
• Toxizität, Ökotoxizität (Umweltschädlichkeit) und ähnliche biologische Wirkungen
• Resorbierbarkeit

Nutzung von Stoffeigenschaften in Chemie und Technik

Eigenschaften werden in der Chemie nicht nur genutzt um einen Stoff zu klassifizieren. Sie haben auch weitere Bedeutungen:

• In der Analytik werden Stoffe in einer unbekannten Probe anhand ihrer Stoffeigenschaften identifiziert und klassifiziert.
• Die jeweiligen Stoffeigenschaften machen einen Stoff technisch als Werkstoff nutzbar. Teilweise stellen Chemiker deshalb gezielt Stoffe her, die die gewünschten Eigenschaften haben.
• Unter Nutzung der Stoffeigenschaften lassen sich Stoffgemische in ihre Einzelkomponenten auftrennen. Das ist aus verschiedenen Gründen wichtig - ein wichtiger Grund ist sicher die Gewinnung von reinen Rohstoffen für z.B. die Industrie. Zum einen gibt es in der Natur kaum reine Stoffe, denn sie sind meist verunreinigt und dann hat man mit dem Recycling von Abfall eine immer wichtigere Quelle für Rohstoffe.
• Um ein im Arzneimittel- oder Chemielabor neu hergestelltes Präparat, einen chemischen Stoff näher zu charakterisieren und seine Reinheit und Qualität zu kontrollieren, untersucht man dessen Eigenschaften.

Werkstoffeigenschaften

Die jeweiligen Stoffeigenschaften machen einen Stoff technisch als Werkstoff nutzbar (Eisen ist hart und zäh für Werkzeuge aller Art, Glas als formbar und chemisch stabil für Gefäße, als transparent für Fenster, Keramiken als hitzebeständig, usw.). Hier spricht man speziell von Werkstoffeigenschaften, dem zentralen Forschungsgebiet der Werkstoffkunde.

Auftrennung von Stoffgemischen

Unter Nutzung der Stoffeigenschaften lassen sich Stoffgemische in ihre Einzelkomponenten auftrennen. Bei einer Destillation wird z. B. ein Gemisch mehrerer Flüssigkeiten dadurch aufgetrennt, dass man das Gemisch über die Siedetemperatur einer Komponente hinaus erwärmt. Ein Eisenpulver/Sand-Gemisch kann hingegen aufgetrennt werden, indem man die Magnetisierbarkeit des Eisens nutzt (eine physikalische Stoffeigenschaft) – oder aber das Gemisch in Säure löst, welche das Eisen anätzt, den Sand aber ungelöst und somit filtrierbar zurücklässt (chemische Eigenschaft).

Reinheitskontrolle

Um ein im Arzneimittel- oder Chemielabor neu hergestelltes Präparat, einen chemischen Stoff näher zu charakterisieren und seine Reinheit und Qualität zu kontrollieren, untersucht man dessen Eigenschaften. Oft werden zur Qualitätskontrolle chemischer und pharmazeutischer Produkte hochentwickelte Analysetechniken eingesetzt, so z. B. die IR-Spektroskopie.

Quellen

• http://de.wikipedia.org/wiki/Stoffeigenschaft
• http://de.wikipedia.org/wiki/Chemischer_Stoff
• http://de.wikipedia.org/wiki/Materie_%28Physik%29