Gemisch

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Unter einem Gemisch (Stoffgemisch) versteht man eine Substanz, die aus mindestens zwei Reinstoffen besteht.[1] Ein Gemisch aus zwei Reinstoffen wird binäres Gemisch oder binäres System genannt, ein Gemisch aus drei Reinstoffen ternäres Gemisch oder ternäres System. Gemische können physikalische Eigenschaften aufweisen, die sich von denen der in ihnen enthaltenen Reinstoffe erheblich unterscheiden. Die physikalischen, mechanischen und rheologischen Eigenschaften eines Gemisches hängen dabei in der Regel von der Zusammensetzung des Gemisches ab und sind den entsprechenden Eigenschaften eines der enthaltenen Reinstoffe in der Regel umso ähnlicher, je höher der Gehalt des betreffenden Reinstoffes ist.

Einteilung im Schema der chemischen Stoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schematische Einteilung der Stoffe   (Begriffe können angewählt werden, um zum Artikel zu gelangen)
 
 
 
 
 
 
 
 
Stoff
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gemisch
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reinstoff
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
homogenes
Gemisch
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Verbindung
 
Element
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gasgemisch
Gemisch mehrerer
Gase
 
Legierung
Gemisch mit Metalleigenschaften,
enthält mindestens ein Metall
 
Lösung
FestkörperFlüssigkeit,
Gas in einer Flüssigkeit gelöst
 
 
 
 
 
 
molekular
 
ionisch
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
heterogenes
Gemisch
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Schaum
Gasförmige Bläschen in
einer Flüssigkeit
 
Hartschaum
Gasförmige Bläschen in
einem Festkörper
 
Aerosol
 
Suspension
Feste Teilchen in
einer Flüssigkeit
 
Emulsion
Gemisch mehrerer nicht
mischbarer Flüssigkeiten
 
Festes Gemenge
Gemisch mehrerer nicht
mischbarer Feststoffe
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rauch
Feste Teilchen
in einem Gas
 
Nebel
Flüssige Teilchen
in einem Gas
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Arten von Gemischen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nach dem Grad der Vermischung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Grundsätzlich lassen sich Gemische in zwei Gruppen einteilen:

  • In homogenen Gemischen sind die darin enthaltenen Reinstoffe auf molekularer Ebene vermischt. In einem homogenen Gemisch besitzen dessen Komponenten an jedem Ort innerhalb des Volumens, dass das homogene Gemisch einnimmt, dieselbe Konzentration.
  • Heterogene Gemische, die auch als Gemenge bezeichnet werden, weisen räumliche Bereiche unterschiedlicher stofflicher Zusammensetzung auf. Thermodynamisch formuliert bestehen heterogene Gemische aus koexistierenden Phasen unterschiedlicher stofflicher Zusammensetzung. Nach dem Grad ihrer Dispersität lassen sich heterogene Gemische in grobdisperse und feindisperse heterogene Gemische einteilen.[2][3] Kompakte grobdisperse heterogene Gemische aus Feststoffen werden als Haufwerk bezeichnet. In der Geologie sind die Bezeichnungen Konglomerat und Brekzie für Gestein geläufig, dass aus gerundeten Gesteinskomponenten beziehungsweise eckigen Gesteinstrümmern besteht, die durch eine feinkörnige Matrix verkittet sind.

Kolloide sind eine Zwischenform homogener und heterogener Gemische. Beispielsweise ist bei einer kolloidalen Suspension der Feststoff in sehr kleinen Teilchen (typischerweise im Nanometer-Bereich) in der Flüssigkeit verteilt. Deshalb ist das Gemisch heterogen (es enthält mehrere Phasen), es verhält sich aber annähernd wie eine homogene Lösung.

Nach dem Aggregatzustand der vermischten Stoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der Vermischung zweier Stoffe in je drei möglichen Aggregatzuständen ergeben sich neun Kombinationen, wobei teilweise noch verschiedene Ausprägungen vorkommen (rot = homogen, gelb = heterogen):

fest flüssig gasförmig
in fest Legierung, wie Bronze Tonminerale leerer Schwamm, Hartschaum
festes Gemenge, wie Konglomerate
Haufwerk
in flüssig Lösung, wie Sole Lösung, wie Wein Lösung, wie Sodawasser
Suspension, wie Blut Emulsion, wie Milch Schaum
in gasförmig Aerosol (Oberbegriff) Gasgemisch
Rauch, Staub, wie Zigarettenrauch Dampf, Nebel

Nach dem Aggregatzustand des Gemischs[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Homogene Gemische, aber auch manche heterogenen Gemische haben einen bestimmten Aggregatzustand (fest, flüssig oder gasförmig). Beispielsweise sind Lösungen in der Regel flüssig (unabhängig davon, ob der im Lösungsmittel gelöste Stoff vor der Vermischung fest, flüssig oder gasförmig war).

  • Ein Beispiel für flüssige Gemische in der Natur ist Lava. Ein Molotowcocktail ist ein künstliches flüssiges Gemisch aus Benzin und weißem Phosphor. In der Getränkeindustrie nennt man Getränkemischungen häufig Verschnitt.

Maßbegriffe für die Zusammensetzung von Gemischen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Zusammensetzung von Gemischen kann über den relativen Gehalt der einzelnen, im Gemisch enthaltenen Komponenten angegeben werden. Übliche Gehaltsangaben sind der Massenanteil, der Stoffmengenanteil sowie der Volumenanteil. Ebenso können Gemischzusammensetzungen über volumenbezogene Konzentrationen der im Gemisch vorhandenen Reinstoffe, wie die Massenkonzentration, die Stoffmengenkonzentration und die Volumenkonzentration, spezifiziert werden. Weiterhin können Gemischzusammensetzungen durch die Molalitäten der im Gemisch vorhandenen Reinstoffe quantifiziert werden. Häufig werden Gemischzusammensetzungen im Hinblick auf bestimmte, im jeweiligen Anwendungskontext relevante Komponenten angegeben. Beispiele hierfür sind die Salinität und der Zuckergehalt.

Physikalische Chemie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Thermodynamisch kann zwischen idealen und realen Mischungen unterschieden werden.[1] In idealen Mischungen verhalten sich die enthaltenen Reinstoffe so, dass kein Unterschied zwischen ihren Stoffmengenanteilen und ihren thermodynamischen Aktivitäten besteht. In diesem Fall lassen sich die Gemischeigenschaften auf Basis der Stoffmengenanteile vorhersagen. In realen Gemischen sind die Stoffmengenanteile der Komponenten von den Aktivitäten der Komponenten verschieden. Die Gemischeigenschaften lassen sich nur mittels der Aktivitäten, nicht jedoch mittels der Stoffmengenanteile präzise vorhersagen.

Gemische können Phasenübergänge durchlaufen, wobei sich das Phasenverhalten von Gemischen durch Phasendiagramme darstellen lässt. So können feste und flüssige Gemische häufig sowohl thermodynamische Zustände einnehmen, in denen sie homogen sind, als auch thermodynamische Zustände, in denen sie heterogen sind und in Form miteinander im thermodynamischen Gleichgewicht stehender koexistierender Phasen existieren. Ein thermodynamischer Zustand ist dabei neben der Gemischzusammensetzung durch einen bestimmten Druck, eine bestimmte Temperatur und ein bestimmtes Gemischvolumen gekennzeichnet. Ein homogenes Gemisch nimmt in seinem thermodynamischen Zustandsraum einen Zustand ein, in dem es als homogene Mischphase vorliegt. Durch Entmischung kann das homogene Gemisch in ein heterogenes Gemisch überführt werden. Dabei wird es durch eine Zustandsänderung, wie beispielsweise durch eine Temperatur- oder Druckänderung, in einen Bereich seines Zustandsraumes überführt, in dem dieser eine Mischungslücke aufweist. Umgekehrt lassen sich koexistierende Phasen durch eine entsprechende Zustandsänderung wieder in eine homogene Mischphase umwandeln. Weiterhin lassen sich viele homogene Gemische durch Phasenübergänge in andere Aggregatzustände überführen. Hierbei wird meist ein Koexistenzgebiet durchlaufen, in dem eine Phase im Ausgangsaggregatzustand und eine Phase des sich neu bildenden Aggregatzustandes, die sich in ihrer stofflichen Zusammensetzung unterscheiden, koexistieren. Ausnahmen hiervon sind Azeotrope und Eutektika.

Verfahrenstechnik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Herstellung von Gemischen durch Mischen ist eine Grundoperation in der mechanischen Verfahrenstechnik und in der chemischen Reaktionstechnik.[4] Während Gase sich spontan mischen, spielen bei Gemischen im flüssigen Aggregatzustand Mischbarkeiten und Löslichkeiten eine erhebliche Rolle. Eine gebräuchliche Methode zur Herstellung von Gemischen mit zumindest einer flüssigen Komponente ist Rühren.[5] Das Vermischen hochviskoser Komponenten erfolgt unter anderem durch Kneten.[6] Das Mischen von Stoffen ist thermodynamisch mit einer Mischungsenthalpie verbunden und kann exotherm oder endotherm verlaufen. Daher kann auch das Management von Wärmeströmen einen wichtigen Aspekt für die Planung und Durchführung eines Mischvorganges darstellen.

Die Auftrennung von Gemischen in deren Reinstoffe kann mittels diverser technischer Trennmethoden erfolgen. Diese fallen häufig in den Bereich der thermischen Verfahrenstechnik, wie beispielsweise Destillation, Rektifikation, Extraktion, Membrantechnik und Umkehrosmose.

Begriffe in der Gesetzgebung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Gesetzgebung zum Gefahrstoffrecht werden für Reinstoffe und Gemische andere Bezeichnungen verwendet als in der Chemie.

  • Der Gesetzgeber verwendet die Bezeichnung Stoff für chemische Reinstoffe (Verbindungen oder Elemente), während sie in der Chemie als Oberbegriff für alle Stoffe gilt.
  • Gemische wurden in der EU vom Gesetzgeber früher Zubereitung genannt; diese Bezeichnung war auch nach Einführung des GHS noch bis 1. Juni 2015 erlaubt. Seither wird auch im Gefahrstoffrecht – wie in der Chemie – nur noch die Bezeichnung Gemisch verwendet. Im Gegensatz zur EU wird in der Schweizer Chemikalienverordnung weiterhin der Begriff Zubereitung verwendet.
Begriffsdefinition im Gefahrstoffrecht
EU-Gefahrstoffkennzeichnung
Verwendung erlaubt bis 1. Juni 2015
„Stoff“ „Zubereitung“
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung „Stoff“ „Gemisch“
Umfasst nach chemischer Definition Reinstoffe
(Verbindungen, Elemente)
Gemische
(homogene und heterogene)

Trivia[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Verwechslung: Zur Herstellung von Fotoplatten oder Fotopapier wurde ursprünglich eine Silbernitrat­lösung und Kaliumbromid­lösung in flüssiger Gelatine emulgiert auf Glasplatten oder Fotopapier aufgetragen, darum wird diese feste Schicht in der Foto-Fachsprache fälschlich als Emulsion bezeichnet. Tatsächlich reagieren Silbernitrat und Kaliumbromid in der Emulsion zu wasserunlöslichem lichtempfindlichen Silberbromid, was im Flüssig- und Gel­zustand eine Suspension in Gelatine ergibt.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Bestandteil, Vermischung – zu den rechtlichen Belangen des Mischens
  • Isomerengemisch – in der Chemie eine Mischung von mindestens zwei verschiedenen isomeren Stoffen
  • Stereoisomerengemisch – in der Chemie eine Mischung von zwei oder mehr verschiedenen stereoisomeren Stoffen
  • Mischphase (Thermodynamik) – eine homogene Phase, welche aus mehreren Stoffen besteht
  • Mischungsaufgabe – eine mathematische Problemstellung

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Herder-Lexikon Geologie und Mineralogie. Verlag Herder, Freiburg im Breisgau 1972, ISBN 3-451-16452-3.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wiktionary: Gemisch – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b M. B. Ewing, T. H. Lilley, G. M. Olofsson, M. T. Ratzsch, G. Somsen: Standard quantities in chemical thermodynamics. Fugacities, activities and equilibrium constants for pure and mixed phases (IUPAC Recommendations 1994). In: Pure and Applied Chemistry. Band 66, Nr. 3, 1. Januar 1994, ISSN 1365-3075, S. 533–552, doi:10.1351/pac199466030533 (degruyter.com [abgerufen am 10. Februar 2021]).
  2. D. Hülsenberg: Gemenge. In: Römpp Online (Georg Thieme Verlag, Stuttgart). F. Böckler, B. Dill, U. Dingerdissen, G. Eisenbrand, F. Faupel, B. Fugmann, T. Gamse, R. Matissek, G. Pohnert, G. Sprenger (Hrsg.), abgerufen am 10. Februar 2021.
  3. A. Berger, M. Berger: Gemisch. In: Römpp Online (Georg Thieme Verlag, Stuttgart). F. Böckler, B. Dill, U. Dingerdissen, G. Eisenbrand, F. Faupel, B. Fugmann, T. Gamse, R. Matissek, G. Pohnert, G. Sprenger (Hrsg.), abgerufen am 10. Februar 2021.
  4. Marko Zlokarnik: Mixing, Introduction. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Band 23. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany 2000, ISBN 978-3-527-30673-2, S. 385–386, doi:10.1002/14356007.b02_24 (wiley.com [abgerufen am 10. Februar 2021]).
  5. Marko Zlokarnik: Stirring. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Band 34. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany 2003, ISBN 978-3-527-30673-2, S. 433–471, doi:10.1002/14356007.b02_25 (wiley.com [abgerufen am 10. Februar 2021]).
  6. David B. Todd: Mixing of Highly Viscous Media. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Band 23. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany 2000, ISBN 978-3-527-30673-2, S. 387–402, doi:10.1002/14356007.b02_26 (wiley.com [abgerufen am 10. Februar 2021]).