Gemische und Reinstoffe

Eigentlich sagt die Überschrift schon alles - denkt man. Es gibt Reinstoffe und es gibt Gemische, also mehrere Stoffe gemischt. Aber ganz so einfach ist es dann doch nicht.

Reinstoffe

Reinstoffe sind Stoffe, die nur aus einer Sorte kleinster Teilchen bestehen. Wenn es so wäre, gäbe es keine Reinstoffe und vermutlich wird man auch nie in der Lage sein, einen solchen Reinstoff in größeren Mengen herzustellen. Tatsächlich besteht ein Reinstoff überwiegend nur aus einem Stoff. Was man aber als "rein" bezeichnet hängt von den Anforderungen ab. Leitungswasser ist ziemlich rein enthält aber doch einige Mineralstoffe, die man als "Wasserflecken" sieht, wenn Wassertropfen trocknen. Trotzdem ist Leitungswasser ziemlich rein. Oft reicht eine Reinheit von vielleicht etwa 95 % aus, um von einem Reinstoff zu sprechen, manchmal ist 99,999 %ige Reinheit noch zu gering.

Ein Reinstoff ist also eigentlich ein Gemisch, dass aber überwiegend aus einem Stoff besteht. Die Verunreinigungen sind so unbedeutend, dass sie in der aktuellen Anwendung keine Rolle spielen. Wenn dies der Fall ist, spricht man von einem Reinstoff.

Gemische

Ein Gemisch ist nun tatsächlich eine Mischung aus mehreren Stoffen. Hierbei kann zwar auch ein Stoff dominant sein aber die anderen Stoffe der Mischung beeinflussen die Eigenschaften der Mischung so sehr, dass sie nicht vernachlässigt werden können. Wenn dies der Fall ist, spricht an von einer Mischung oder einem Gemisch.

Die Eigenschaften einer Mischung hängen von der Art der gemischten Stoffe und vom Mischungsverhältnis ab.

Um die Eigenschaften einer Mischung gezielt zu ändern, kann man also die beteiligten Stoffe ändern und/oder das Mischungsverhältnis variieren. Beides wird zu veränderten Eigenschaften des Gemisches führen. Jeder kennt das z.B. vom Kochen. Gibt man zum Pudding mehr Zucker hinzu, wird der Geschmack süßer. Nimmt man stattdessen Honig, erreicht man auch eine Süßung aber es kommen noch weitere Geschmackskomponenten aus dem Honig hinzu.

Zusammensetzung trockener Luft
Stoff	Anteil
Stickstoff	78,1 Vol%
Sauerstoff	20,9 Vol%
Argon	0,9 Vol%
Kohlendioxid	0,038 Vol%
weitere Spurengase	der Rest

Da die Zahl der Stoffe nahezu unbegrenzt ist, gilt das natürlich auch für die Gemische. Es gibt eine unfassbare Vielfalt. Die meisten Stoffe, mit denen wir täglich zu tun haben, sind tatsächlich Gemische. So ist etwa Luft ein Gemisch, dass überwiegend aus Stickstoff und Sauerstoff besteht. Schnaps ist ein Gemisch aus Wasser und Alkohol und einigen anderen Stoffen in sehr geringem Anteil. Benzin ist ein Gemisch aus realtiv vielen Substanzen. Außer Salz und Zucker sind die meisten "Lebensmittel" Gemische.

Wenn man alleine diese wenigen Beispiele vergleicht, fallen schon einige erhebliche Unterschiede auf: Luft ist gasförmig und Schnaps flüssig aber beiden ist gemeinsam, dass man ihnen nicht ansieht, dass sie ein Gemisch sind. Vollkornbrot ist für jeden ersichtlich fest und ebenso ersichtlich ein Gemisch. Nehemen wir den Pudding von oben, so sehen wir vielleicht nicht mit dem bloßen Auge aber doch spätestens mit dem Mikroskop, dass es ein Gemisch ist; fest aber mit einzelnen Gasblasen darin. Wegen dieser Vielfalt der Gemische unterscheidet man zahlreiche verschiedene Gemischtypen.

Simulation

Simulation des einfachen Teilchenmodells

Homogene Gemische

Homogen leitet sich vom griechischen "homos" für gleich ab und bedeutet so etwa "gleichartig" oder "einheitlich". Ein homogenes Gemisches ist also ein Gemisch, dem dies nicht anzusehen ist, auch nicht mit dem stärksten Mikroskop der Welt.

Homogene Gemische sehen also aus wie Reinstoffe und können fest, flüssig oder gasförmig sein. Ob sich ein homogenes Gemisch bilden kann, hängt von der Anziehungskraft zwischen den kleinsten Teilchen der beteiligten Stoffe ab. Nehmen wir an, wir mischen die Stoffe A und B: Damit sich ein homogenes Gemisch bilden kann, müssen sich zwischen einem Teilchen A und einem Teilchen B so starke Anziehungskräfte ausbilden können, dass sie denen zwischen A und A bzw. B und B vergleichbar sind. Der Grund dafür ist, dass im homogenen Gemisch Teilchen A neben Teilchen B liegt und die Teilchen nicht mehr "sortiert" sind. Es muss also sowohl für Teilchen der Sorte A als auch für die der Sorte B egal sein, welche Art Teilchen ihr Nachbar ist. Wenn die Anziehungskräfte zwischen A und A oder B und B wesentlich stärker sind als zwischen A und B, kann sich demnach kein homogenes Gemisch bilden.

homogenene Gemische
Gemisch	Erklärung
Gasgemisch	Da zwischen den Teilchen eines Gases die Anziehungskräfte vollständig unwirksam sind, mischen sich Gase eigentlich immer. Im Gasgemisch können sich dann alle Teilchen völlig frei bewegen, unabhängig von der "Teilchensorte". Luft ist beispielsweise ein Gasgemisch. (s.o.)
Lösung	Salzwasser oder Zuckerwasser sind Lösungen. Die meisten Lösungen sind flüssig und bestehen aus einem Lösungsmittel (z.B. Wasser) und einem oder mehreren gelösten Stoffen (z.B. Salz, Zucker,...). In der Lösung sind die Teilchen des gelösten Stoffes von denen des Lösungsmittels (Solvens) umgeben. Man sagt, die Teilchen des gelösten Stoffes sind "solvatisiert" oder, falls das Lösungsmittel Wasser ist, auch "aquotisiert". Üblicherweise wird der Stoff, von dem im Gemisch am meisten vorhanden ist, als Lösungsmittel bezeichnet.
Legierung	Eine Legierung ist eine feste, metallische Mischung. Beispiele sind Messing, Bronze, Amalgam,... In den meisten Fällen besteht die Legierung nur aus Metallen, nur in wenigen Beispielen sind Nichtmetalle an der Legierung beteiligt. Die Legierung zeigt aber immer typische Eigenschaften eines Metalls wie Glanz und elektrische Leitfähigkeit. Die meisten Legierungen sind Feststoffe. Wie in allen homogenen Gemischen gibt es auch in der Legierung eine gleichmäßige Verteilung der Teilchen aller beteiligten Stoffe. Größere Bereiche, die nur aus Teilchen einer Teilchensorte bestehen, kommen nicht vor.

Heterogene Gemische

Heterogen leitet sich vom griechischen "heteros" für "verschieden" ab und bedeutet so etwa "uneinheitlich". In heterogenen Gemischen können sich zwischen den Teilchen A und B nur schwache oder keine Anziehungskräfte ausbilden, weshalb die Teilchen der Sorte A und/oder der Sorte B "unter sich bleiben wollen". Eine Mischung der kleinsten Teilchen ist deshalb nicht möglich. Heterogene Gemische bestehen folglich eigentlich aus einer Mischung von Reinstoffpartikeln. Diese "Reinstoffpartikel" können fest, flüssig oder gasförmig sein und entsprechend werden die heterogenen Gemisch in nach den Aggregatzuständen der beteiligten Stoffe unterteilt.

heterogene Gemische
Gemisch	Erklärung
Gemenge	Zwei oder mehr Feststoffe sind miteinander vermischt. Beispiele sind Gartenerde, eine Mischung von Salz und Zucker, Müll,.... Wie groß die Partikel sein dürfen, ist nicht festgelegt. Im Grunde könnte man also z.B. auch den Inhalt eines Kleiderschranks als "Gemenge" bezeichnen.
Suspension	Bei einer Suspension ist ein Feststoff in einer Flüssigkeit aufgeschlämmt (suspendiert), etwa Sand in Wasser. Normalerweise entmischen sich Suspensionen relativ schnell.
Emulsion	Bei einer Emulsion sind mindestens zwei eigentlich nicht mischbare Flüssigkeiten miteinander vermischt. Das vermutlich prominenteste Beispiel sind Wasser/Öl-Emulsionen, wie man sie als Salatdressings benutzt. Auch Emulsionen entmischen sich normalerweise von selbst, können aber durch den Zusatz eines "Emulgators" stabilisiert werden.
Rauch	Bei einem Rauch sind kleine Feststoffpartikel in einem Gas verteilt, etwa Staub in der Luft. Bei größeren Partikeln entmischt sich der Rauch relativ schnell, weil die Partikel zu Boden sinken. Nur bei sehr kleinen Partikeln und ausreichender Durchmischung ist das Gemisch lange genug stabil um es z.B. als "Feinstaub" in die Medien zu schaffen.
Nebel	Ein Nebel enthält kleine Flüssigkeitströpfchen in einem Gas, sowie der Nebel.
Aerosol	Bei einem Aerosol sind feste und flüssige Partikel in einem Gas enthalten, also ein Gemisch aus Rauch und Nebel. Häufig wird der Begriff aber auch für "Nebel" benutzt. Die Unterscheidung zwischen Rauch, Nebel und Aerosol ist in den Medien oft nicht eindeutig.
Schaum	Bei einem Schaum sind Gasblasen in einer Flüssigkeit oder einem Feststoff enthalten. Schaum ist also der Badeschaum oder auch der Schaumstoff aus dem Sofa.