Stoffeigenschaft
Eine Stoffeigenschaft ist eine stoffspezifische, charakteristische Größe, die einen Reinstoff kennzeichnet. Sie kann mit den Sinnen wahrgenommen werden (z.B. der Geruch) oder nur mit Messgeräten erfassbar sein (z.B. die Dichte eines Stoffes).
Jeder Reinstoff zeichnet sich durch eine einzigartige Kombination von Stoffeigenschaften aus, anhand derer er identifiziert werden kann. Zwei Stoffe können nicht in allen Eigenschaften gleich sein.
Stoffgemische unterscheiden sich von Reinstoffen dadurch, dass ihre Eigenschaften von ihren Komponenten und deren Mischungsverhältnissen abhängen.
Physikalische Stoffeigenschaften
Physikalische Stoffeigenschaften sind die stoffspezifischen Werte, welche durch Messung und Experimente einer physikalischen Größe zugeordnet werden können. Bei der Messung wird eine physikalische Eigenschaft des Messobjekts, im Unterschied zu den chemischen Eigenschaften, nicht verändert.
Zu den physikalischen Eigenschaften gehören:
- Farbe bzw. Absorptions- und Emissionsspektrum
- Dichte
- Wärmeleitfähigkeit
- Elektrische Leitfähigkeit
- magnetische Permeabilität (magn. Leitfähigkeit) und Remanenz (Magnetisierbarkeit)
- Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig) bei einer bestimmten Temperatur
- Schmelztemperatur oder Erweichungsbereich
- Siedetemperatur
- optische Aktivität
- Löslichkeit
- Viskosität
- Verdampfungsenthalpie, Schmelzenthalpie
- Oberflächenspannung
- Kritische Temperatur, kritischer Druck, kritische Dichte
- Wärmekapazität
- Schallgeschwindigkeit
- Kernspinresonanz
Speziell für Feststoffe:
- Verformbarkeit
- Oberflächenglanz
- Härte
- Temperaturen und Enthalpien des Übergangs zwischen Feststoffmodifikationen
Chemische Stoffeigenschaften
Zu den chemischen Stoffeigenschaften gehören:
- Reaktivität gegenüber verschiedenen anderen Stoffen (z.B. gegenüber Sauerstoff: Brennbarkeit, aber auch gegenüber wichtigen Reagenzien wie Wasser, Säuren, Basen, Metallen, Salzlösungen, Chlorgas, Schwefel, Nachweis-Reagenzien usw.)
- Korrosionsbeständigkeit (gegenüber Wasser, feuchter Luft, Elektrolytlösungen)
- Elektronegativität (bei Elementen)
- Bildungsenthalpie, Verbrennungsenthalpie, Gibbssche freie Bildungsenthalpie
- Säurekonstante KS bzw. Basenkonstante KB
Nutzung in Chemie und Technik
Werkstoffe
Die jeweiligen Stoffeigenschaften machen einen Stoff technisch als Werkstoff nutzbar (Eisen als hart und zäh für Werkzeuge aller Art, Glas als formbar und chemisch stabil für Gefäße, als transparent für Fenster, Keramiken als hitzebeständig usw.). Hier spricht man speziell von Werkstoffeigenschaften, dem zentralen Forschungsgebiet der Werkstoffkunde.
Auftrennung von Stoffgemischen
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 (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).
Reinheitskontrolle
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 Stoffen
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 – identisch sind, ist das ein sehr guter Identitätsbeweis.
Klassifikation von Stoffen
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:
- 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.).
- 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).
- Salzartige Stoffe haben relativ hohe Schmelz- und Siedetemperaturen, leiten als Schmelzen oder Lösungen den elektrischen Strom und sind kristallin sowie spröde.
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 26.10. 2024