Stoffeigenschaft

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).

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
• Dehnbarkeit
• 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.

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 K_S bzw. Basenkonstante K_B

Physiologische Eigenschaften

Unter physiologischen Eigenschaften versteht man physikalische und chemische Stoffeigenschaften unter dem Aspekt der Wahrnehmbarkeit oder der Auswirkungen auf die Umgebung.

Zu den physiologischen Stoffeigenschaften gehören:

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

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

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

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 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, Halogene oder organische Stoffe:

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 sowie spröde.

Weblinks

 Wikibooks: Tabellensammlung Chemie – Lern- und Lehrmaterialien

• Eigenschaften-Quellen-Index (ETH Zürich)