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Die Chemie-Schule

Thema: Chemie - Die Lehre von den Stoffen

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Farbstoff Chromgelb

2. Der Stoffbegriff in der Chemie

Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff sind Begriffe, die jeder kennt. Diese für das Leben auf unserer Erde wichtigsten Grundelemente zeigen, wie wichtig das Wort "Stoff" in der Chemie ist. Wir sprechen aber auch von Rohstoffen, Kunststoffen, Nährstoffen, Treibstoffen, Arzneistoffen.

Die Liste ließe sich beliebig fortsetzen. In der Schule sprechen wir von Übungsstoff oder dem Stoff der letzten Stunde und sogar der für das Leben wichtigste Vorgang enthält den Begriff "Stoff": Stoffwechsel. Er bezeichnet die chemischen Abläufe in einem biologischen Organismus, egal ob Pflanze, Tier oder Mensch. Auch im Haushalt werden sehr viele Stoffe verwendet und finden ganz nach ihren speziellen Eigenschaften ihre Verwendung.

Die Erkennung von Stoffen und die Beschreibung ihrer Eigenschaften ist eine der bedeutendsten Aufgaben der Chemie.

Sehen, Schmecken und Riechen - einfache Stoffbeschreibungen

Farbe

 
Welche Metalle kann man an ihrer Farbe leicht erkennen? Vergleiche die Farbe von Schwefelkristallen und von Schwefelpulver. Vergleiche die Farben der Lösungen von Kupfersulfat und Kupfernitrat mit denen von Natriumsulfat und Natriumnitrat.
 
Beschreibe die Farben von Quecksilberoxid, Zinnober und Ammoniumdichromat.
 
Stelle eine Petrischale mit einer heiß gesättigte Lösung von Salpeter und Wasser auf einen Tageslichtprojektor. Beobachte nun, wie sich Kristalle bilden.

Aufgabe 1 auf dieser Seite zeigt, dass man viele Stoffe bereits an ihrer Farbe erkennen kann, sie ist also ein erstes Merkmal der Stoffe. Beispielsweise ist die Farbe von Schwefel so bezeichnend, dass es den Ausdruck »schwefelgelb« gibt. An ihrer unterschiedlichen Farbe kann man eine Natriumsalzlösung und eine Kupfersalzlösung gut erkennen und eindeutig voneinander unterscheiden. Will man eine Tür weiß streichen, wird man Titanweiß oder Zinkweiß wählen und nicht Cobaltblau oder Chromgrün. Diese Bezeichnungen geben bereits Auskunft über die Farbe der Stoffe.

Manchmal kann man aber die Farbe von Stoffen nur sehr schwer beschreiben, wobei dann Verwechslungen nicht ausgeschlossen werden können. Die Farbe eines Stoffes hängt von seiner Oberflächenbeschaffenheit ab, so hat beispielsweise das Pulver von Chalkanthit nicht mehr viel von dem leuchtenden Blau seines Kristalls.

Kristallform

Die Form ihrer Kristalle ist bei vielen Stoffen so kennzeichnend, dass man sie zu ihrer Erkennung beitragen können. Mikroskopisch kleine Kristalle eines Stoffs haben die gleiche Form wie große. Wer sein Getränk mit Kandiszucker süßen will, kann ihn anhand seiner Kristallform leicht von Kochsalz unterscheiden.

Polierte metallische Objekte glänzen so sehr, dass sie als Spiegel wirken
Polierte metallische Objekte glänzen so sehr, dass sie als Spiegel wirken.
Eiskristalle an Zweigen
Bild 2. Bei hoher Luftfeuchtigkeit und niedriger Temperatur bilden sich an Zweigen Eiskristalle.
Amethyst
Bild 1. Der Amethyst zeichnet sich durch lilafarbenen Kristalle aus und ist daran erkennbar. Er ist ein Verwandter des farblosen Bergkristalls.

Glanz

Kompakte und polierte Metalle haben einen typischen Glanz, der aber oft verschwindet, wenn man sie der Umgebungsluft aussetzt. Die Rückseite von Spiegeln ist beispielsweise mit einer Silberschicht versehen, die chemisch auf dem Glas aufgebracht wird. Der Glanz eines Stoffes ist also ein weiteres Merkmal, das man mit dem Auge erkennen und zur Stofferkennung heranziehen kann.

Geruch

Farbe oder Geruch
Farbe, Geruch oder Geschmack! Was ist wohl schuld am Geschtsausdruck des Mannes?

Viele Stoffe besitzen einen charakteristischen Geruch und ist für sie kennzeichnend. Eine ganze Industrie lebt davon, wenn der Parfumeur aus verschiedenen duftenden Stoffen einen neuen Geruch kreiert. Viele Stoffe riechen stechend oder sind giftig, daher muß eine Geruchsprobe sehr vorsichtig erfolgen, indem man den Geruch langsam mit der Hand zur Nase fächelt.

Wie die Farbe eines Stoffes, so ist auch sein Geruch oft nur sehr schwer in Worte zu fassen, daher nutzen ChemikerInnen oft Ausdrücke wie »nach faulen Eiern«, »stechend« oder »Bittermandelgeruch«. Trotz der Probleme mit der Geruchsbeschreibung, haben Gerüche in der Chemie eine große Bedeutung, da giftige Dämpfe und Gase an ihrem Geruch zu erkennen sind, auch wenn sie nur in geringen Konzentrationen in der Luft vorhanden sind.

Geschmack

Über Geschmack kann man bekanntlich nicht streiten, doch wenn die Suppe versalzen ist, kann man schon mal sauer werden! In der Chemie unterscheidet man neben den Geschmacksqualitäten salzig, sauer, süß und bitter noch den seifigen oder laugenhaften Geschmack. Viele Stoffe sind schon in kleinen Mengen giftig oder stark ätzend, so dass unbekannte Stoffe niemals mit der Geschmacksprobe überprüft werden dürfen.In der Chemie haben saure und laugenhaften Stoffe und deren Erkennung große Bedeutung. Zur Stoffprobe kann man Indikatoren geben, das sind bestimmte Farbstoffe, die in laugenhaften und sauren Lösungen unterschiedliche Farben annehmen. Bild 3 zeigt einige Indikatoren, die in saurer, neutraler und laugenhafter Lösung unterschiedliche Farben annehmen.

Indikatoren
Bild 3. Indikatoren sind Farbstoffe, die in saurer, neutraler und laugenhafter Lösung unterschiedliche Farben annehmem
 
Gib einige Tropfen Phenolphthalein in Kernseifenwasser. Gib nun Essig dazu. Wiederhole dann den Versuch mit Blaukrautwasser und anderen Indikatoren.
 
Stoffe können an ihren Eigenschaften erkannt werden
 
Fülle Reagenzgläser mit verschiedenen Fruchtsäften und gib tropfenweise Universalindikator dazu.
 
Mit Indikatoren kann man saure und laugenhafte Flüssigkeiten erkennen

Reinstoffe und Gemenge

Die Physik unterscheidet feste, flüssige und gasförmige Körper. In der Chemie bezeichnet man das Material, aus dem ein Körper besteht, als Substanz oder Stoff.

So unterscheidet man in der Chemie also zwischen Reinstoffen (einheitliche Stoffe) und Gemengen (Mischungen, uneinheitliche Stoffe). Einen Reinstoff erkennt man an seinen typischen Eigenschaften. Wie man also sieht, ist die Erkennung von Stoffen und ihrer Eigenschaften mit Hilfe der Sinne (Sehen, Riechen, Schmecken) nicht immer zuverlässig und eindeutig. In der Chemie kommen deshalb bei der Untersuchung von Stoffen auch physikalische Messmethoden und -geräte zum Einsatz. Die meisten Stoffe in der Natur kommen als Gemenge vor, sie sind also ein Gemisch aus mehreren Stoffen.

 
Reinstoffe sind einheitlich aufgebaute Stoffe
Wolken sind wie Nebel fein verteilte Wassertröpfchen in der Luft
Bild 4. Wolken sind wie Nebel fein verteilte Wassertröpfchen in der Luft.
 
Gemenge sind uneinheitlich zusammengesetzte Stoffe
 
Mit den Sinnesorganen kann man Farbe, Glanz, Geruch, Geschmack und Kristallform eines Stoffes beschreiben

Stoffmischungen lassen sich in zwei Gruppen unterteilen: heterogene Mischungen und homogene Mischungen, wobei heterogen am besten als "uneinheitlich" und homogen als "einheitlich" aufgebaut beschrieben werden kann. Die Bestandteile von heterogenen Mischungen erkennt man oft schon mit bloßem Auge: Fettaugen auf der Suppe, Nebel und Rauch in der Luft.

Manchmal sind die Bestandteile aber so klein, dass man sie nur unter dem Mikroskop betrachten kann, beispielsweise die Zellen des Blutes oder die Fettröpfchen in der Milch.

Die Bestandteile von homogenen Mischungen lassen sich dagegen auch unter dem Lichtmikroskop nicht unterscheiden. Farblose Lösungen sehen genauso aus wie klares Wasser, dabei ist es unerheblich ob diese Lösungen Salz, Alkohol oder gelösten Sauerstoff enthalten. Mischungen von farblosen Gasen sehen ebenfalls immer gleich aus.

Arten von Gemischen

Gemische und Gemenge lassen sich nach den Aggregatzuständen, in denen sie vorliegen, unterscheiden. Dabei zeigt sich, dass in allen für das menschliche Dasein wichtigen Bereichen Gemische und Gemenge eine weit größere Bedeutung haben als Reinstoffe.

Feststoffgemische

Feststoffgemische können natürlichen Ursprungs oder von Menschen geschaffen sein. Natürlich vorkommende Gemische, denen man auf der Erdoberfläche begegnet, kann man in der Regel leicht erkennen. Beispiele für die Vielfältigkeit solcher Gemische sind LavaDolomit oder Granit. Dabei zeigt sich, dass alle uns bekannten natürlichen Feststoffe im Urzustand heiß und flüssig oder gasförmig waren und erst in sehr langen erdgeschichtlichen Zeiträumen zu Feststoffen wurden. Beispiel: Granit ist ein Gemisch oder Gemenge aus QuarzFeldspatGlimmer und Hornblende.

Flüssige Gemische

Natürliche flüssige Gemische sind Laven oder kohlensäurehaltige Mineralquellen.

Gasförmige Gemische

Das bekannteste gasförmige Gemisch ist die Atemluft mit Anteilen an SauerstoffStickstoffKohlenstoffdioxid und Helium.