Gemisch

Gemische in der schematischen Einteilung der Stoffe
Stoff Reinstoff Gemisch Element Verbindung Lösung Dispersion (auchKolloid) Aerosol disperse Flüssigkeit disperser Feststoff Nebel Rauch Schaum Emulsion Suspension

Unter einemGemisch(Stoffgemisch) versteht man einenStoff,der aus mindestens zweiReinstoffenbesteht.Ein Gemisch aus zwei Reinstoffen wirdbinäres Gemischoderbinäres Systemgenannt, ein Gemisch aus drei Reinstoffenternäres Gemischoderternäres System.Gemische könnenphysikalische Eigenschaftenaufweisen, die sich von denen der in ihnen enthaltenen Reinstoffe erheblich unterscheiden. Die physikalischen,mechanischenundrheologischenEigenschaften 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.

Arten von Gemischen

Grundsätzlich lassen sich Gemische in zwei Gruppen einteilen:

• InhomogenenGemischen sind die darin enthaltenen Reinstoffe auf molekularer Ebene vermischt oder im Fall von homogenen Legierungen in gleichförmiger Weise in Kristallstrukturen eingebunden. In einem homogenen Gemisch besitzen dessen Komponenten an jedem Ort innerhalb des Volumens, dass das homogene Gemisch einnimmt, dieselbeKonzentration.
  →Hauptartikel:Lösung (Chemie)
• HeterogeneGemische werden als Dispersion bezeichnet.
  →Hauptartikel:Dispersion (Chemie)

Daneben gibt es in unterschiedlichen Sprachfeldern weitere Bezeichnungen. Wenn vonGemengedie Rede ist, wird darunter oft ein Gemisch von Schüttgütern verstanden, deren Komponenten ihrerseits heterogen von einem Umweltmedium (Luft) durchsetzt sind. Ein Beispiel hierfür sind Kraftfuttermischungen in der Landwirtschaft.

Thermodynamischformuliert bestehen heterogene Gemische aus koexistierendenPhasenunterschiedlicher stofflicher Zusammensetzung. Nach dem Grad ihrerDispersitätlassen sich heterogene Gemische in grobdisperse und feindisperse heterogene Gemische einteilen.Kompakte grobdisperse heterogene Gemenge werden z. B. im Bergbau alsHaufwerkbezeichnet. In der Geologie sind die BezeichnungenKonglomeratundBrekziefür Gestein geläufig, dass aus Gesteinskomponenten besteht, die durch eine feinkörnige Matrix verkittet sind. In der Metallurgie wird von inhomogenen Legierungen gesprochen. In diesem generell bereits sehr feindispersen Gemisch liegen je nach Art und Menge der Legierungselemente Kristalle mit teilweise unterschiedlicher Gitterstruktur vor. Insbesondere die mechanischen Eigenschaften der Legierung hängen dabei in höchstem Maße von der Dispersität ab, die hier mitKorngrößeangegeben wird.

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

Beispiele für Gemische

Homogene Gemische, aber auch manche heterogenen Gemische haben einen bestimmten Aggregatzustand (fest, flüssig oder gasförmig). Beispielsweise werden unter Lösungen in der Regel Flüssigkeiten verstanden.

• Beispiele für Feststoffgemische in der Natur sindDolomitundGranit.Granit ist ein Gemisch ausQuarz,Feldspat,GlimmerundHornblende.Korundgilt als besonders wertvoll, wenn darin geringe Mengen Titan- oder Eisenoxid (Saphir), oder Chromoxid (Rubin) gelöst sind, also Titan-, Eisen- oder Chromionen in die Kristallstruktur eingebunden sind. Ein grobdisperses Gemisch aus vulkanischen Mineralien und Luft istBims.Auch anderes Vulkangestein besteht aus einem Gemisch unterschiedlicher Mineralien.

• In der Getränkeindustrie nennt man Getränkemischungen häufigVerschnitt,oderCuvée(für Wein im deutschen Sprachgebrauch). Blutplasma ist eine wässerige Lösung. Blut enthält darüber hinaus als Kolloid eine Vielzahl von Partikeln.

• Das bekannteste gasförmige Gemisch ist dieLuft.DiesesGasgemischbesteht im Wesentlichen ausStickstoff,SauerstoffundArgon.„Verbrauchte “Luft enthält darüber hinaus auch nennenswerte Mengen anKohlendioxid(ab 14 % giftig).

Maßbegriffe für die Zusammensetzung von Gemischen

Die Zusammensetzung von Gemischen kann über den relativenGehaltder einzelnen, im Gemisch enthaltenen Komponenten angegeben werden. Übliche Gehaltsangaben sind derMassenanteil,derStoffmengenanteilsowie derVolumenanteil.Ebenso können Gemischzusammensetzungen über volumenbezogene Konzentrationen der im Gemisch vorhandenen Reinstoffe, wie dieMassenkonzentration,dieStoffmengenkonzentrationund dieVolumenkonzentration,spezifiziert werden. Weiterhin können Gemischzusammensetzungen durch dieMolalitätender im Gemisch vorhandenen Reinstoffe quantifiziert werden. Häufig werden Gemischzusammensetzungen im Hinblick auf bestimmte, im jeweiligen Anwendungskontext relevante Komponenten angegeben. Beispiele hierfür sind dieSalinitätund derZuckergehalt.

Physikalische Chemie

Thermodynamisch kann zwischen idealen und realen Mischungen unterschieden werden.In idealen Mischungen verhalten sich die enthaltenen Reinstoffe so, dass kein Unterschied zwischen ihren Stoffmengenanteilen und ihren thermodynamischenAktivitätenbesteht. 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 könnenPhasenübergängedurchlaufen, wobei sich das Phasenverhalten von Gemischen durchPhasendiagrammedarstellen lässt. So können feste und flüssige Gemische häufig sowohlthermodynamische Zuständeeinnehmen, in denen sie homogen sind, als auch thermodynamische Zustände, in denen sie heterogen sind und in Form miteinander im thermodynamischenGleichgewichtstehender koexistierender Phasen existieren. Ein thermodynamischer Zustand ist dabei neben der Gemischzusammensetzung durch einen bestimmtenDruck,eine bestimmteTemperaturund ein bestimmtesGemischvolumengekennzeichnet. Ein homogenes Gemisch nimmt in seinemthermodynamischen Zustandsraumeinen Zustand ein, in dem es als homogeneMischphasevorliegt. DurchEntmischungkann das homogene Gemisch in ein heterogenes Gemisch überführt werden. Dabei wird es durch eineZustandsänderung,wie beispielsweise durch eine Temperatur- oder Druckänderung, in einen Bereich seines Zustandsraumes überführt, in dem dieser eineMischungslückeaufweist. 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 sindAzeotropeundEutektika.

Verfahrenstechnik

Die Herstellung von Gemischen durchMischenist eine Grundoperation in dermechanischen Verfahrenstechnikund in derchemischen Reaktionstechnik.Während Gase sich spontan mischen, spielen bei Gemischen im flüssigen AggregatzustandMischbarkeitenundLöslichkeiteneine erhebliche Rolle. Eine gebräuchliche Methode zur Herstellung von Gemischen mit zumindest einer flüssigen Komponente istRühren.Das Vermischen hochviskoser Komponenten erfolgt unter anderem durch Kneten.Das Mischen von Stoffen ist thermodynamisch mit einerMischungsenthalpieverbunden und kannexothermoderendothermverlaufen. Daher kann auch das Management vonWärmeströmeneinen wichtigen Aspekt für die Planung und Durchführung eines Mischvorganges darstellen.

DieAuftrennung von Gemischenin derenReinstoffekann mittels diverser technischerTrennmethodenerfolgen. Diese fallen häufig in den Bereich der thermischen Verfahrenstechnik, wie beispielsweiseDestillation,Rektifikation,Extraktion,MembrantechnikundUmkehrosmose.

Begriffe in der Gesetzgebung

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

• Der Gesetzgeber verwendet die BezeichnungStofffür chemische Reinstoffe (Verbindungen oder Elemente), während sie in der Chemie als Oberbegriff für alle Stoffe gilt.
• In derEUwar der BegriffZubereitungfür das Chemikalien- und damit Gefahrstoffrecht bis 2008 als Oberbegriff für Gemische, Gemenge und Lösungendefiniert;diese Bezeichnung war nach Einführung desGHSnoch bis 1. Juni 2015 erlaubt. Seither wird auch im Gefahrstoffrecht – wie in der Chemie – nur noch die BezeichnungGemischverwendet. Im EU-Recht zumPflanzenschutzsowie in der SchweizerChemikalienverordnungwird weiterhin der BegriffZubereitungverwendet.

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

Verwechslung: Zur Herstellung von Fotoplatten oder Fotopapier wurde ursprünglich eineSilbernitrat­lösung undKaliumbromid­lösung in flüssigerGelatineemulgiert auf Glasplatten oder Fotopapier aufgetragen, darum wird diese feste Schicht in der Foto-Fachsprachefälschlich alsEmulsionbezeichnet. Tatsächlich reagieren Silbernitrat und Kaliumbromid in der Emulsion zu wasserunlöslichem lichtempfindlichenSilberbromid,was imFlüssig- undGel­zustand eineSuspensionin Gelatine ergibt.

Siehe auch

• 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 aus mehreren Stoffen bestehende homogene Phase
• Mischungskreuz– ein Rechenschema zur Lösung von Mischungsaufgaben
• Liste individueller Mineralgemenge

Literatur

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

Weblinks

Wiktionary: Gemisch– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen