• Einführung

    Recycling - Stofftrennung für die Umwelt

    KracherUmweltverschmutzung durch Müll ist ein riesengroßes Problem von heute. Menschen trennen den Müll nicht richtig oder, noch viel schlimmer, lassen ihn einfach dort zurück, wo er ihen gerade in die Hände fällt. So machen das auch viele große Unternehmen: Sie sorgen sich nicht ausreichend um den richtigen Umgang mit dem von ihnen prdouzierten Müll. Gerade in der chemischen Industrie kann dies sehr schnell sehr bedenkliche Folgen für die Umwelt bedeuten. Eine Möglichkeit, das Problem Müll klein zu halten, ist weniger Müll zu produzieren. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Müll so zu trennen, dass er wieder verwendet werden kann. Das nennt man Recycling.

    Es gibt verschiedene Verfahren, um den Müll zu trennen. Dabei werden unterschiedliche Stoffeigenschaften der Müllbestandteile ausgenutzt. Ein Trennverfahren beruht also immer auf einer bestimmten Stoffeigenschaft. Wird z.B. bei der Mülltrennung ein Magnet eingesetzt, um die magnetischen Stoffe von den nicht magnetischen zu trennen, dann kann man sagen, dass dieser Vorgang auf der Stoffeigenschaft Magnetismus beruht. Neben Magnetismus gibt es noch viele weitere Stoffeigenschaften, die bei Trennverfahren berücksichtigt werden. Wir stellen Dir in diesem Lernpfad einige dieser Stoffeigenschaften vor und informieren Dich über die darauf beruhenden Trennverfahren.

    Am Ende dieses Lernpfads findest Du ein Quiz, wo du dein erlerntes Wissen testen kannst. Viel Spaß!

    Titelbild 1

  • Teilchengröße

    Was genau ist das?

    Die Stoffeigenschaft Teilchengröße ist z.B. bei Wasser auf den ersten und auch auf den zweiten Blick nicht zu erkennen. Auch ein gewöhnliches Mikroskop hilft da nicht weiter. Um zu erkennen, wie groß ein Wasserteilchen ist, muss man noch vieeeel näher ran an die Teilchen. Erst wenn man 10 hoch 10 mal (!) vergrößert, erkennt man wie groß die Wasserteilchen sind. Zum Glück ist das nicht immer so. Viele Stoffe, mit denen man im Alltag zu tun hat, sind keine Reinstoffe wie Wasser. Sie bestehen aus vielen Stoffen, die irgendwie zusammen hängen und eine große Einheit bilden, die man sogar mit dem bloßen Auge erkennen kann. So fällt es Dir wahrscheinlich auch nicht besonders schwer Bohnen von Reiskörnern anhand ihrer Teilchengröße zu unterscheiden. Wie Du sie trennen kannst, erfährst Du weiter unten.

     

    Wie kann ich das ausnutzen?

    Ein Stoffgemisch kann in ein Sieb mit vorgegebener Lochgröße gegeben werden. Dort fallen alle Teilchen durch, die kleiner als die Sieblöcher sind. Die Teilchen, die größer sind als die Sieblöcher, bleiben in dem Sieb zurück. Für genaueres Trennen des Gemisches können weitere Siebe mit immer kleineren Löchern verwendet werden. Das Sieben wird dadurch beschleunigt, dass die Siebe geschüttelt werden.

     

     

    Anwendung im Alltag

    Das einfachste Beispiel kennen schon die kleinen Kinder: Sieben im Sandkasten. Die Teilchengröße von Sand ist klein genug, um durch das Sieb zu gelangen, während Steine und Holzstücke zu groß sind für die Sieblöcher und im Sieb zurück bleiben.

    Ein anderes Besipiel ist ebenfalls sehr bekannt: das Küchensieb im Haushalt. Es wird z.B. sehr oft beim Spaghetti-Kochen verwendet. Nachdem die Nudeln lange genug gekocht haben, wird quasi das Stoffgemisch aus Wasser und Spaghetti in das Küchensieb gegeben. Das Wasser rauscht durch das Sieb und zurück bleiben die fertigen Spaghetti.

  • Dichte

    Was genau ist das?

    Die Dichte ist eine Stoffeigenschaft, die angibt, wie schwer ein Stoff pro Volumenelemement ist. Ein Liter Wasser wiegt z.B. 1 kg, also ist seine Dichte 1 kg/l. Man sagt auch: Dichte ist Masse pro Volumen. In Formelschreibweise sieht das dann so aus: ρ=m/V.

    Wie kann ich das ausnutzen?

    Suspensionen, also Stoffgemische aus einem Feststoff und einer Flüssigkeit, lassen sich besonders einfach in ihre Bestandteile trennen, wenn sich die Dichten der Bestandteile unterscheiden.

    Wenn der Feststoff eine höhere Dichte hat als die Flüssigkeit, braucht man nur etwas zu warten. Nach einiger Zeit ist der Feststoff auf Grund seiner höheren Dichte auf den Boden des Gefäßes gesunken. Dies geschieht, weil eine größere Erdanziehungskraft auf ihn wirkt. Solch einen Vorgang nennt man sedimentieren. Die Flüssigkeit befindet sich dann über dem Feststoff und kann abgegossen werden. Dies nennt man dekantieren.

    Eine andere Kraft, die eine Trennung von Stoffgemischen durch Ausnutzung der Stoffeigenschaft Dichte bewirkt, ist die Fliehkraft. Diese Kraft ist z.B. dafür verantowrtlich, dass man in einem fahrenden Kettenkarussell das Gefühl hat, dass man nach außen gedrückt wird. Sie tritt immer dann auf, wenn etwas rotiert, wie zum Beispiel die Wäschetrommel einer Waschmaschine im Schleudergang. Auch hier gilt wie bei der Erdanziehungskraft: Stoffe mit einer großen Dichte erfahren eine höhere Kraft als Stoffe mit einer kleinen Dichte. Einen solchen Trennungsgang nennt man zentrifugieren. Moderne Laborzentrifugen rotieren bis zu 1 Million mal pro Minute und erreichen dadurch eine extrem hohe Trennwirkung.

    Anwendung im Alltag

    CowboykaffeeIn vielen Ländern bereitet man Kaffee auf eine sehr einfache Art und Weise zu. Zunächst wird Wasser ganz normal so lange erhitz, bis es kocht. Anschließend wird das kochende Wasser jedoch direkt ohne Filter direkt auf das in eine Tasse gegebene Kaffeepulver gegossen. Nun wartet man eine Weile, und zwar so lange, bis sich das Kaffeepulver auf Grund seiner höheren Dichte auf dem Boden des Behälters gesammelt hat. Der Kaffee kann nun vorsichtig getrunken werden. Den zurück bleibenden schwarzen Brei nennt man Kaffeesatz. Ein so zubereiteter Kaffee wird auch "Cowboy-Kaffee" genannt, da er besonders im Wilden Westen bei den Cowboys auf Grund seiner einfachen Zubereitung sehr beliebt war.

    Anwendung im Alltag 2

    HonigLaborzentrifugen, wie Du sie weiter oben schon kennen gelernt hast, können unter anderem dafür eingesetzt werden, um die Herkunft und die Sorte von Honig zu bestimmen. Das liegt daran, dass sich in jedem Honig Pollen von den Pflanzen befinden, aus denen der Honig gewonnen wurde. Jede Pflanze hat dabei eine eigene Sorte Pollen, so dass von der Polle direkt auf die Pflanze geschlossen werden kann. Durch Zentrifugieren können die Pollen von allen anderen Bestandteilen des Honigs getrennt werden. Die Pollen können dann am Mikroskop identifiziert und eindeutig einer Pflanze zugeordnet werden. Wie genau das mit dem Honig funktioniert, verrät Dir das unten stehende Video.

    Was genau ist das?

    Ein Stoffgemisch kann in ein Sieb mit vorgegebener Lochgröße gegeben werden. Dort fallen alle Teilchen durch, die kleiner als die Sieblöcher sind. Die Teilchen, die größer sind als die Sieblöcher, bleiben in dem Sieb zurück. Für genaueres Trennen des Gemisches können weitere Siebe mit immer kleineren Löchern verwendet werden. Das Sieben wird dadurch beschleunigt, dass die Siebe geschüttelt werden.

    Die Siedetemperatur ist die Temperatur, bei der aus einer Flüssigkeit ein Gas wird. Unterschiedliche Stoffe sieden bei einer unterschiedlichen Temperatur. Wasser siedet zum Beispiel bei ca. 100 °C. Ethanol siedet dagegen schon bei einer Temperatur von 78°C.

     

    Um zu sehen, was mit den Teilchen beim Sieden passiert, schau dir die Animation an:

     

  • Laufgeschwindigkeit

    Was genau ist das?

    Der russische Biologie Michael Tswett erfand die Chromatographie. Er nutzte sie, um Farbstoffe aus Pflanzen voneinander zu trennen.

    Es gibt verschiedene Arten der Chromatographie.

    Bei der Papierchromatographie wird ein Tropfen wird mit Filzstift ein Kreis in der Mitte des Filterpapiers gemalt. Aus einem kleineren Filterpapier faltet man einen Docht, der durch das Loch gesteckt wird. Danach wird das Papier in eine mit Wasser gefüllte Petrischale gestellt.

    Das Wasser wird nun von dem Filterpapier gezogen und breitet sich auf dem Filterpapier aus. Dabei werden die verschiedenen Farben (die Farben der Filzstifte werden aus den Grundfarben gelb, Magenta und Cyan gemischt) gelöst und mit dem Wasser mitgerissen. Das Papier hält die einzelnen Farben unterschiedlich stark fest, sodass sie an verschiedenen Stellen "stehen bleiben".

    Wie kann ich das ausnutzen?

     So sehen fertige Chromatogramme aus:

    Chromaende

    So entstehen Chromatogramme:

    Anwendung im Alltag

    Chromatographie wird zum Beispiel bei Kriminalfällen angewandt. Wenn man sich nicht sicher ist, ob eine Unterschrift gefälscht wurde, gibt eine Chromatographie Klarheit.

     

  • Magnetismus

    Was genau ist das?

    Der Magnetismus ist die Anziehungskraft eines Magneten auf nur wenige Metalle.

     

    Magneten haben zwei verschieden wirkende Enden, die sogenannten Pole. Da sie verschieden wirken, hat man sie Nord- und Südpol genannt.

    Es haften immer nur die Nordpole mit den Südpolen aneinander. Die gleichen Pole am Magneten stoßen sich dagegen immer voneinander ab.

    Wenn ein Metallstück von einem Südpol des Magneten angezogen werden kann, dann hat dieses Metallstück im Inneren selbst einen zum Südpol des Magneten entgegengesetzten Nordpol.

     

    Mit einem Magneten kann man nur wenige Metalle anziehen. Diese bleiben dann regelrecht an dem Magneten "kleben", bis man sie wieder abzieht. 

     

    Die Metallstücke, die an einem Magneten haften, sind aus Eisen, aus Kolbalt oder aus Nickel.

    Eisen, Kobalt und Nickel sind in ganz unterschiedlichen Gegenständen enthalten (zum Beispiel in Nägeln, Klammern, Besteck, ...).

     

    Schau Dir mal das Video an ...

     

    Wie kann ich das ausnutzen?

     

    Kobalt, Eisen und Nickel sind ganz besondere Metalle. Durch Reibung an einem Magneten kannst Du kleine Stücke davon selbst "magnetisieren". Ein kleiner, nicht lange haltbarer Magnet ist entstanden ... 

     

    Vorsicht !

    Legt man einen Magneten auf die Heizung, so wird die magnetische Wirkung zerstört.

    Anwendung im Alltag

    Die Anwendung im Alltag ist ganz vielzählig.

    In den technischen Geräten aus unserem Alltag wird der Magnetismus häufig genutzt (Handy, Herd, Auto, Klingel, ...).

    Eine wichtige Rolle spielen Magneten bei der Mülltrennung und beim Recycling.

    Vor der Abfall-Verbrennung werden magnetische Metalle aus dem Müll mit einem Magneten aussortiert, um sie wiederverwenden zu können.

    Auch auf dem Schrottplatz werden starke Elektromagnete zum Bewegen der Auto- und Schrott-Teile genutzt. Denn sogar diese schweren Dinge "kleben" fest, und können von einem Kran dann versetzt werden.

    Mit kleinen Magneten kann man sich auch Notizen an eine Kühlschranktür - oder auch an die Tafel im Klassenzimmer - heften.

  • Siedetemperatur

    Wie kann ich das ausnutzen?

    Bei der Destillation wird ein Stoffgemisch aus zwei Flüssigkeiten erhitzt. Beide Flüssigkeiten haben eine unterschiedliche Siedetemperatur.

    Das Bild zeigt dir den Aufbau einer Destillationsapparatur:

    Siedetemp_1

     Die Voraussetzung für die Anwendung der Destillation sind die unterschiedlichen Siedepunkte der zu trennenden Stoffe.

     

    In dem Destillierkolben befindet sich ein Stoffgemisch aus zwei Flüssigkeiten. Wird das Stoffgemisch bis zu einer bestimmten Temperatur erhitzt, geht zuerst der Stoff mit der niedrigeren Siedetemperatur in den gasförmigen Zustand über.

    Um diesen gasförmigen Stoff aufzufangen, wird der entstandene Dampf mit Hilfe des Kühlwassers im Kühler abgekühlt. Die kondensierte Flüssigkeit läuft in der Mitte des Kühler´s hinab und wird dann im Becherglas aufgefangen.

    Die Flüssigkeiten sind voneinander getrennt.

    Anwendung im Alltag

    Oft wird die Destillation beim Brennen von Alkohol verwendet.

    Auch bei der Erdölgewinnung in der Raffinierie wird die Destillation verwendet.

     

    Falls Dich das Thema interessiert, schau Dir dir passenden Links an.

  • Quiz

    Welche Dichte gehört zu welchem Stoff?

    .. verwendet das Quiz-Skript Framework

    Welche Begriffe gehören zusammen?

    .. verwendet das Quiz-Skript Framework

  • Hilfe

    Hier kannst Du Dich weiter informieren

    Besonderer Dank

    Unser besonderer Dank gilt dem Goethe SchülerLabor der Johann Wolfgang Goethe Universität Frankfurt am Main. (http://www.chemiedidaktik.uni-frankfurt.de/schuelerlabor/)

    Hier sind viele Bilder und alle Videos bis auf das Honig-Video entstanden. Letzteres wurde uns freundlicherweise vom Medienzentrum Frankfurt zur Verfügung gestellt.

     

    Weiterer Dank gilt Frau Brigitte Hofacker für die nette und kompetente Unterstützung.

  • Lehrerinfos