Stoffeigenschaft

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Eine Stoffeigenschaft ist charakteristisch und stoffspezifisch für einen Reinstoff. Unter Normalbedingungen ist jeder Reinstoff durch eine einzigartige Kombination von Eigenschaften identifizierbar. Die Eigenschaften können mit den Sinnen wahrgenommen werden (z. B. Farbe, Geruch) oder mit Messgeräten als stoffeigene Größe (vgl. physikalische Größe) erfassbar sein (z. B. die Dichte eines Stoffes). Alle molaren und spezifischen intensiven Zustandsgrößen reiner Stoffe werden auch als Stoffkonstanten oder Materialkonstanten bezeichnet, während deren nicht mengen- bzw. massebezogenen Gegenstücke stoffeigene Größen sind.

Oberflächenspannung von Wasser – eine messbare physikalische Stoffeigenschaft
Spektrallinien aus dem Emissionsspektrum von Eisen

Werkstoffe sind im Allgemeinen Stoffgemische und unterscheiden sich dadurch, dass ihre Werkstoffeigenschaften und Werkstoffkennwerte u. A. vom Mischungsverhältnis mehrerer Stoffe abhängen.

Physikalische StoffeigenschaftenBearbeiten

Physikalische Stoffeigenschaften sind experimentell bestimmbar. Quantifizierbar sind sie durch Messungen der zugrunde liegenden physikalischen Größen. Bei der Messung wird eine physikalische Eigenschaft des Messobjekts, im Unterschied zu den chemischen Eigenschaften, nicht verändert.[1]

Zu den Stoffeigenschaften aus den physikalischen Teilgebieten gehören:[2]

Thermodynamik Mechanik Elektrodynamik Optik

Chemische StoffeigenschaftenBearbeiten

 
Rost an einer Container-Verriegelung: Die geringe Korrosionsbeständigkeit von Eisen gegenüber Luft und Wasser ist eine chemische Stoffeigenschaft.

Zu den chemischen Stoffeigenschaften gehören:

Physiologische StoffeigenschaftenBearbeiten

Unter physiologischen Eigenschaften versteht man physikalische und chemische Stoffeigenschaften unter dem Aspekt der Wahrnehmbarkeit oder der Auswirkungen auf die Umgebung.

Zu den physiologischen Stoffeigenschaften gehören:

Nutzung in Chemie und TechnikBearbeiten

WerkstoffeBearbeiten

Ein Werkstoff ist in der Regel ein Stoffgemisch, in dem die einzelnen Stoffeigenschaften kombiniert werden oder gänzlich neuen Werkstoffeigenschaften und Werkstoffkennwerten resultieren. Beispielsweise ist Stahl viel härter als Eisen und für Werkzeuge viellerlei Art geeignet. Glas wird durch Flussmittel besser schmelzbar und chemisch stabil, was für Gefäße und transparente Fenster usw. von Bedeutung ist. Diese Werkstoffeigenschaften sind stark von der Synthese und Fertigungsverfahren abhängig und gehören zu dem zentralen Forschungsgebiet der Werkstoffkunde.[3]

Auftrennung von StoffgemischenBearbeiten

 
Einfache Destillation im Labormaßstab – Auftrennung eines Stoffgemisches unter Nutzung der Stoffeigenschaft Siedetemperatur
1: Heizquelle
2: Destillierkolben
3: Destillieraufsatz
4: Thermometer
5: Liebig-Kühler
6: Kühlwassereingang
7: Kühlwasserausgang
8: Rundkolben für das Destillat
9: Druckausgleich
10: Vorstoß
11: Regler Badtemperatur
12: Regler Drehzahl Magnetrührers
13: Magnetrührgerät, Heizplatte
14: Heizbad (Wasserbad, Ölbad)
16: Magnetrührstab, Siedesteine
16: Kühlbad, evt. Eisbad

Unter Nutzung unterschiedlicher Stoffeigenschaften lassen sich Stoffgemische in ihre Einzelkomponenten auftrennen. Technisch einfach ist die Trennung durch unterschiedliche Aggregatszustände einzelner Komponenten in Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen (Stofftrennverfahren, Separationstechnik):

  • Bei einer Destillation wird z. B. ein Gemisch mehrerer Flüssigkeiten dadurch aufgetrennt, dass man das Gemisch über die Siedetemperatur einer Komponente hinaus erwärmt. Diese siedet dann, so dass der schwerer flüchtige Anteil zurückbleibt. Der Dampf wird im Kühler unter die Siede-/Kondensationstemperatur der leichter flüchtigen Komponente abgekühlt. Diese wird dann als Destillat bzw. Kondensat in der Vorlage gesammelt.
  • Bei der fraktionierenden Kristallisation löst man ein Gemisch von Feststoffen in einem geeigneten Lösungsmittel und stellt durch Abdampfen oder Verdunsten eine übersättigte Lösung her, aus der eine Feststoff des Gemischs bevorzugt auskristallisiert und durch Filtration isoliert werden kann.
  • Ein Eisenpulver/Sand-Gemisch kann hingegen aufgetrennt werden, indem man den Magnetismus 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).

ReinheitskontrolleBearbeiten

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 NMR-Spektroskopie.

Identifikation von StoffenBearbeiten

Zur Identifikation von organischen Stoffen in der industriellen Wareneingangskontrolle wird oft das Infrarot-Spektrum (IR-Spektrum) aufgenommen und mit dem IR-Referenzspektrum eines Standards verglichen. Wenn die IR-Spektren – vor allem in Fingerprint-Bereich[4] – identisch sind, ist das ein sehr guter Identitätsbeweis.

Klassifikation von StoffenBearbeiten

In der Analytik werden Stoffe in einer unbekannten Probe anhand ihrer Stoffeigenschaften identifiziert und klassifiziert. Bestimmte Eigenschaften charakterisieren auch bestimmte Stoffgruppen wie z. B. die Stoffklassen der Metalle, Salze, Edelgase, Halogene oder organische Stoffe:

  1. Alle Metalle leiten elektrischen Strom und Wärme gut, sind gut verformbar, haben im reinen Zustand Oberflächenglanz (erscheinen aber im feinverteilten Zustand schwarz; Untergruppen: Alkalimetalle, Edelmetalle, Buntmetalle u. a.).
  2. Nichtmetalle (molekulare Stoffe wie z. B. Halogene und Kohlenwasserstoffe) leiten den elektrischen Strom kaum (Isolatoren), sind im festen Zustand zumeist spröde und weisen niedrige Siedepunkte auf (sofern sie nicht diamant- oder kunststoffartig sind: Makromolekulare Stoffe haben oft hohe Schmelz- und Siedetemperaturen, zersetzen sich aber meist schon bei relativ niedrigen Temperaturen, Beispiele: Kunststoffe, Proteine, Polysaccharide, DNA).
  3. Salzartige Stoffe haben relativ hohe Schmelz- und Siedetemperaturen, leiten als Schmelzen oder Lösungen den elektrischen Strom und sind kristallin sowie spröde.

WeblinksBearbeiten

Wikibooks: Tabellensammlung Chemie – Lern- und Lehrmaterialien

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Atkins, P. W. & Beran, J. A.: Chemie – einfach alles. VCH, Weinheim 1996.
  2. Formelsammlung Formeln, Tabellen, Daten ; Mathematik, Physik, Astronomie, Chemie, Biologie, Informatik ;. 1. Aufl. Berlin, ISBN 978-3-89818-700-8.
  3. Günter Gottstein: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (= Springer-Lehrbuch). Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-36602-4, doi:10.1007/978-3-642-36603-1 (springer.com [abgerufen am 12. Oktober 2020]).
  4. Siegfried Hauptmann: Organische Chemie, 2. durchgesehene Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1985, S. 43–45, ISBN 3-342-00280-8.