Stoffe und ihre Eigenschaften
| Nicht nur das sind Stoffe in der Chemie ... | auch hier gibt es viele verschiedene Stoffe! |
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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.
Inhaltsverzeichnis |
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.
Jeder Reinstoff zeichnet sich durch eine einzigartige Kombination von Stoffeigenschaften aus, anhand derer er identifiziert werden kann. Zwei Stoffe können nicht in allen Eigenschaften gleich sein.
Beispiele:
- 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.
- 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.
- 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
- Wärmeleitfähigkeit (
- Elektrische Leitfähigkeit
- Magnetisierbarkeit bzw. Verhalten gegenüber Magneten
- Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig) bei einer bestimmten Temperatur
- Schmelztemperatur
- Siedetemperatur oder Erweichungsbereich
- optische Aktivität
- Löslichkeit
- Viskosität (wie dickflüssig ein Stoff ist)
- Oberflächenspannung (kennst du sicher vom Wasser, weswegen die Wasserläufer auf dem Wasser laufen können)
- Wärmekapazität
- Schallgeschwindigkeit (die Ausbreitungsgeschwindigkeit, mit der sich Schallwellen in einem Medium ausbreiten)
Speziell für Feststoffe:
- Verformbarkeit
- Oberflächenglanz
- Härte
- Temperaturen und Enthalpien des Übergangs zwischen Feststoffmodifikationen
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.
