Gemischtrennung

Begriff und Grundlagen

Gemischtrennung bezeichnet die physikalische Entmischung eines Stoffgemisches in seine Bestandteile. Sie kann selbständig ablaufen oder gezielt durch Trennverfahren bewirkt werden. Dabei wirken beispielsweise Schwerkraft, statische Auftriebskräfte, unterschiedliche Sedimentationsgeschwindigkeiten oder Anhangskräfte auf die Bestandteile.

Homogene Gemische sind einheitliche Lösungen. Dispersionen sind dagegen Gemische, in denen ein Stoff fein in einem anderen verteilt ist. Gasförmige und flüssige Dispersionen können sich bei Dichteunterschieden selbst entmischen; dieser Vorgang heißt Phasenseparation.

In der analytischen Chemie dienen verschiedene Arten der Chromatographie dazu, Inhaltsstoffe aus Flüssigkeiten für Untersuchungen zu trennen. Die Gaschromatographie zerlegt Gase und verdampfbare Flüssigkeiten in ihre Komponenten.

Trennung von Feststoffen

Feststoffe lassen sich vergleichsweise einfach trennen, wenn ihre Bestandteile unterschiedliche Dichten oder Korngrößen besitzen. Entsprechende Verfahren sind Rütteln, Sieben, Windsichten, Seigern und Flotation. Beim Sieben erfolgt die Trennung nach der Korngröße; die übrigen genannten Methoden nutzen insbesondere Unterschiede im Verhalten der Bestandteile aufgrund ihrer Dichte.

Trennung flüssiger Gemische

Flüssige Gemische können durch Verdampfen und Destillation getrennt werden. Aus alkoholischen Getränken entweicht mit der Zeit Alkohol aufgrund seines niedrigeren Dampfdrucks. Bei der fraktionierten Destillation wird dieses natürliche „Ausdampfen“ durch eine höhere Temperatur beschleunigt. Erdöl wird in den Destillationsanlagen von Raffinerien in verschiedene Fraktionen getrennt.

Weitere Verfahren nutzen andere Stoffeigenschaften. Durch Zentrifugierung wird Butter aus Milch gewonnen. Bei der Ausflockung werden suspendierte, also in einer Flüssigkeit verteilte, oder kolloidale, besonders fein verteilte Feststoffe abgeschieden, sodass sie anschließend abfiltriert werden können. Darauf beruht ein großer Anteil der nassanalytischen Methoden der anorganischen Chemie. In Wasseraufbereitungsanlagen trennt man aus Abwässern Fremdstoffe wie organische Fette, stickstoffreiche Filtrate (Fäkalien) und basische Waschmittelrückstände ab.

Trennverfahren zur Gewinnung reiner Metalle werden in der Metallurgie unter dem Begriff Läuterung zusammengefasst. Ein wichtiges Verfahren der anorganischen Chemie ist die Chlor-Alkali-Elektrolyse, die den Chemiegrundstoff Chlor und metallisches Natrium liefert.

Auch geschmolzene metallische Legierungen können sich aufgrund unterschiedlicher Dichten entmischen. Bei der Schwerkraftseigerung sinken schwere Bestandteile wie Blei in einer Bronzelegierung nach unten. Leichtere Bestandteile wie Siliziumprimärkristalle in einer AlSi-Legierung sammeln sich im oberen Teil der Schmelze. Durch gezielte chemische Reaktionen können unerwünschte Bestandteile außerdem zunächst in Oxide umgewandelt und danach von der flüssigen Basis getrennt werden; dies gehört zur Schmelzebehandlung.

Bei der Glasherstellung wird ein heterogenes Gemisch aus Quarzsand und Zuschlagstoffen zunächst geschmolzen und anschließend beim „Lauterschmelzen“, einer Läuterung, von unerwünschten Gasen befreit. Kohlenstoffdioxid löst sich zu 99 % physikalisch in Wasser; nur 1 % wird chemisch umgesetzt. Das Ausperlen aus einer geöffneten Flasche mit kohlensäurehaltigem Mineralwasser ist daher ebenfalls eine Form der Entmischung.

Trennung von Gasgemischen

Luft ist ein Gasgemisch. Sie besteht nach Volumen zu 78,07 % aus Stickstoff, zu 20,95 % aus Sauerstoff, zu 0,94 % aus Edelgasen – mehrheitlich Argon – und zu rund 0,03 % aus Kohlenstoffdioxid.

Carl von Linde verflüssigte Luft und zerlegte sie anschließend durch fraktionierte Destillation in ihre Bestandteile. Bei diesem Trennverfahren werden die Komponenten eines Gemisches schrittweise aufgrund ihres unterschiedlichen Verdampfungsverhaltens getrennt.