Reinstoff

Begriff und Einteilung

Ein Reinstoff ist in der Chemie ein Stoff, der einheitlich aus nur einem chemischen Element oder nur einer chemischen Verbindung besteht. Er ist das Gegenteil eines Gemischs. Seine kleinsten Teilchen beziehungsweise Einheiten sind chemisch gleichartig.

Reinstoffe werden in Elemente und Verbindungen eingeteilt. Besteht ein Reinstoff nur aus einer Atomsorte, heißt er Elementsubstanz. Eine chemische Verbindung kann zwar aus mehreren Elementen aufgebaut sein, ist aber dennoch kein Gemisch von Elementen. Der Begriff kann außerdem isotopen-reine Stoffe, etwa reines schweres Wasser, oder Verbindungen mit vollständig isotopen-markierter, definierter Position bezeichnen.

Beispiele und Abgrenzung

Reine chemische Elemente sind zum Beispiel reiner Wasserstoff, Sauerstoff und Gold. Reine chemische Verbindungen sind reines destilliertes Wasser, reines Kohlenstoffdioxid und reines Natriumchlorid (Kochsalz).

Gemische enthalten mehrere Stoffe. Luft ist ein Gasgemisch aus Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf, Argon, Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und weiteren Gasen in Spuren. Milch ist eine Emulsion, also ein flüssiges Gemisch, aus Wasser, Kohlenhydraten, Fetten, Proteinen und Spurenelementen. Granit ist ein festes Gemisch, das hauptsächlich aus Quarz, Feldspäten und Glimmern besteht.

Kennzeichnende Eigenschaften

Reinstoffe besitzen klar definierte physikalische Eigenschaften. Diese können zur Charakterisierung eines Stoffes verwendet werden. Dazu gehören Schmelzpunkt beziehungsweise Schmelztemperatur, Siedepunkt beziehungsweise Siedetemperatur, Dichte, Brechungsindex, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Löslichkeit in einem Lösemittel.

Grenzen der Reinheit

Ein idealer Reinstoff ist praktisch nicht erreichbar, weil als Reinstoffe bezeichnete Stoffe immer noch geringe Anteile von Verunreinigungen enthalten. Im Chemikalienhandel gibt es daher Reinheitsklassen wie „pro analysi“, „reinst“, „rein“ und „Nach DAB (Deutsches Arzneimittel-Buch)“. Ihre Definitionen sind meist an den jeweiligen Zweck gebunden und werden durch Analysen der besonders wichtigen Verunreinigungen ergänzt.

Allgegenwart der Stoffe

Der Ausdruck „Allgegenwart der (chemischen) Elemente“ wurde 1936 von Ida Noddack-Tacke und Walter Noddack, den Entdeckern des Rheniums, geprägt. Das Gesetz von der Allgegenwart der Stoffe besagt allgemeiner, dass jeder beliebige Stoff in jedem anderen beliebigen Stoff mindestens minimal löslich ist.

Deshalb können Reinstoffe im eigentlichen Sinn nicht hergestellt werden: Beim Kontakt mit einem Gefäß oder Ähnlichem können Teilchen der Gefäßwand den Stoff verunreinigen. Thermodynamisch wird dies durch die Konzentrationsabhängigkeit des chemischen Potentials beschrieben:

μᵢ = μᵢ° + RT ln{aᵢ}

Für unendliche Verdünnung mit aᵢ → 0 gilt:

lim(aᵢ→0) μᵢ = lim(aᵢ→0) [μᵢ° + RT ln{aᵢ}] = −∞.

Dieser Grenzwert bedeutet unter der Annahme eines reinen Stoffes, dass jeder andere Stoff ein unendlich starkes Bestreben hätte, sich darin zu lösen.