Physikalische Eigenschaft

Oberflächenspannung von Wasser – eine messbare, physikalische 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).

In der Chemie unterscheidet man Reinstoffe von Stoffgemischen dadurch, dass die Eigenschaften von Reinstoffen stets gleich sind, also nicht von den Mischungsverhältnissen der Komponenten eines Stoffgemisches abhängen. Bei diesen stoffspezifischen Größen unterscheidet man:

• Physikalische Stoffeigenschaften

(wie Härte, Schmelztemperatur, Wasserlöslichkeit, Oberflächenspannung, elektrische Leitfähigkeit oder optische Aktivität) und

• Chemische Stoffeigenschaften

(wie Brennbarkeit, Explosivität oder Angreifbarkeit durch Säuren oder Laugen).

Unter physiologischen Eigenschaften versteht man chem. und. phys. Stoffeigenschaften unter dem Aspekt der Wahrnehmbarkeit oder der auswirkungen auf die Umgebung.

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.

Die folgende Liste charakteristischer Eigenschaften chemischer Stoffe bietet die Möglichkeit, sich über einzelne Stoffeigenschaften in den entsprechenden Artikeln zu informieren.

Physikalische Stoffeigenschaften

Physikalische Stoffeigenschaften sind die stoffspezifischen Werte, welche durch Messung und Experiment einer physikalischen Größe zugeordnet werden können. Bei der Messung wird eine physikalische Eigenschaft des Messobjekts, im Unterschied zu den chemischen Eigenschaften, nicht verändert.^[1]

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,
• Siedetemperatur oder Erweichungsbereich
• optische Aktivität
• Löslichkeit
• Viskosität
• Verdampfungsenthalpie, Schmelzenthalpie
• Oberflächenspannung
• Kritische Temperatur, kritischer Druck, kritisches Volumen
• Wärmekapazität
• Schallgeschwindigkeit

Speziell für Feststoffe:

• Verformbarkeit
• Oberflächenglanz
• Härte
• Temperaturen und Enthalpien des Übergangs zwischen Feststoffmodifikationen

Chemische Stoffeigenschaften

Rost an einer Container-Verriegelung: Die geringe Korrosionsbeständigkeit von Eisen gegenüber Luft und Wasser ist eine chemische Stoffeigenschaft

• 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 K_S , bzw. Basenkonstante K_B

Physiologische Eigenschaften

• Geruch
• Geschmack
• Toxizität, Ökotoxizität (Umweltschädlichkeit) und ähnliche biologische Wirkungen
• Resorbierbarkeit

Nutzung von Stoffeigenschaften in Chemie und Technik

Werkstoffe

Die jeweiligen Stoffeigenschaften machen eine 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

einfache Destillation im Labormaßstab – Auftrennung eines Stoffgemisches unter Nutzung der Stoffeigenschaft Siedetemperatur

Unter Nutzung der 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. Ein Eisenpulver/Sand-Gemisch kann hingegen aufgetrennt werden, indem man die Magnetisierbarkeit 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 IR-Spektroskopie.

Identifikation und 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 oder Halogene:

1. 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.)
2. 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)
3. Salzartige Stoffe haben relativ hohe Schmelz- und Siedetemperaturen, leiten als Schmelzen oder Lösungen den elektrischen Strom und sind kristallin und spröde.

Einzelnachweise

1. ↑ Atkins, P. W. & Beran, J. A.: Chemie – einfach alles. VCH, Weinheim 1996.

Weblinks

• Eigenschaften-Quellen-Index (ETH Zürich)