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Filtration in der Chemie: einfach erklärt
Bei einer Filtration strömt ein Gemisch durch ein Filtermedium. Die Flüssigkeit tritt hindurch, während geeignete ungelöste Feststoffteilchen zurückbleiben. So entstehen Filtrat und Rückstand. Gelöste Stoffe wie Salz lassen sich mit einem gewöhnlichen Papierfilter nicht auf diese Weise abtrennen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Welche Gemische lassen sich filtrieren?
Stell dir zwei Bechergläser vor: In einem befindet sich Wasser mit Erde, im anderen Salzwasser. Obwohl beide Flüssigkeiten Stoffe enthalten, ist ein Papierfilter nur beim Erde-Wasser-Gemisch zur Trennung geeignet.
Suspension
Eine Suspension ist ein heterogenes Gemisch aus einer Flüssigkeit und einem darin verteilten, ungelösten Feststoff. In Schmutzwasser können feste Erdteilchen verteilt sein. Da sie nicht gelöst sind, können sie sich absetzen oder von einem geeigneten Filter zurückgehalten werden.
Salzwasser ist dagegen eine Lösung. Darin ist das Salz gleichmäßig gelöst. Die gelösten Bestandteile passieren einen gewöhnlichen Papierfilter zusammen mit dem Wasser. Filtration eignet sich deshalb nicht zur Trennung von Salz und Wasser.
Einfache Papierfiltration trennt eine Flüssigkeit von geeigneten ungelösten Feststoffteilchen. Sie trennt gewöhnlich keine gelösten Stoffe von ihrem Lösungsmittel.
Was geschieht im Filter?
Das Filtermedium ist das Material, durch das das Gemisch strömt. Im Schulversuch ist es häufig Filterpapier. Seine feinen Öffnungen heißen Poren.
Bei der einfachen Schulfiltration wirkt das Papier ähnlich wie ein sehr feines Sieb: Die Flüssigkeit gelangt durch die Poren. Geeignete ungelöste Feststoffteilchen bleiben auf dem Filter.
Filtrat
Das Filtrat ist die Flüssigkeit, die den Filter passiert und im Auffanggefäß gesammelt wird.
Rückstand
Der Rückstand ist der Stoff, der im oder auf dem Filter zurückbleibt. Bei einer Feststoff-Flüssigkeits-Trennung ist er meist fest.
Die Filtration erzeugt also zwei getrennte Anteile:
- unter dem Filter: das Filtrat;
- auf dem Filter: der Rückstand.
Das Bild vom Sieb erklärt die einfache Papierfiltration gut, ist aber keine vollständige Beschreibung aller Filter. In technischen Filtern können auch Trägheit, Sperreffekt, Diffusion oder Wechselwirkungen im Inneren des Filtermaterials Partikel abscheiden, die kleiner als die Poren sind.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Ein Gemisch aus Wasser und ungelöster Erde ist eine . Das Filterpapier ist das . Die durchgelaufene Flüssigkeit heißt . Die festen Erdteilchen im Filter bilden den .
Wie führst du eine Papierfiltration durch?
Für eine einfache Filtration brauchst du einen Trichter, Rundfilterpapier und ein Auffanggefäß. Für einen Vergleich können vorbereitete Proben von Schmutzwasser und Salzwasser verwendet werden.
- Falte das Rundfilterpapier genau in der Mitte.
- Falte es ein zweites Mal, sodass sich ein Filterkegel öffnen lässt.
- Öffne den größeren Teil zu einer kleinen Tüte.
- Setze das Filterpapier in den Trichter.
- Feuchte es mit etwas Wasser an, damit es am Trichter haftet.
- Stelle den Trichter über das Auffanggefäß.
- Gieße das Gemisch langsam in den Filter, ohne ihn zu überfüllen.
- Beobachte getrennt, was im Filter bleibt und was im Gefäß ankommt.
Eine vollständige Versuchsauswertung unterscheidet drei Dinge:
- Vermutung: Was erwartest du vor dem Versuch?
- Beobachtung: Was kannst du tatsächlich sehen?
- Erklärung: Warum ist dieses Ergebnis entstanden?
Frage: Lässt sich Schmutzwasser durch Papierfiltration trennen?
Vermutung: Die ungelösten Erdteilchen bleiben im Filter.
Beobachtung: Feste Teilchen liegen auf dem Filterpapier. Eine Flüssigkeit sammelt sich im Auffanggefäß.
Auswertung: Die Erdteilchen waren nicht gelöst und wurden vom Filter zurückgehalten. Sie bilden den Rückstand. Die durchgetretene Flüssigkeit ist das Filtrat. Damit hat die Filtration das Gemisch teilweise getrennt.
Wo liegen die Grenzen der Filtration?
Eine erfolgreiche Filtration hängt vom Gemisch und vom Filter ab. Nicht jedes flüssige Gemisch ist automatisch filtrierbar.
Drei Proben werden mit frischem Filterpapier untersucht:
- Schmutzwasser: Ungelöste Teilchen bleiben als Rückstand zurück; Wasser tritt als Filtrat hindurch.
- Salzwasser: Es entsteht kein Salzrückstand, weil das Salz gelöst ist und mit dem Wasser durch den Papierfilter gelangt.
- Cola: Bei der beschriebenen Probe bleibt kein fester Rückstand zurück; sie läuft durch den Filter. Die Papierfiltration trennt ihre gelösten Bestandteile nicht ab.
Auch ein Filtrat muss nicht völlig rein sein. Sehr feine oder gelöste Bestandteile können den verwendeten Filter passieren. Die Aussage „filtriert“ bedeutet daher nicht automatisch „reiner Stoff“ oder „gefahrlos trinkbar“.
Mit der Zeit können abgeschiedene Teilchen eine Schicht bilden, den Filterkuchen. Diese Schicht kann weitere Partikel zurückhalten, erhöht aber zugleich den Strömungswiderstand. Das Filtrat fließt dann langsamer. Technische Filter werden deshalb je nach Bauart gereinigt, rückgespült, durch einen Druckimpuls entlastet oder ausgetauscht.
Ob Filtration geeignet ist, entscheidest du nicht nach dem Aussehen allein. Frage: Ist der abzutrennende Bestandteil ungelöst, und kann der verwendete Filter ihn zurückhalten?
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Filtration
- trennt geeignete ungelöste Feststoffe von Flüssigkeiten
- nutzt ein Filtermedium mit Poren
- erzeugt Filtrat und Rückstand
- ist ein physikalisches Trennverfahren
- trennt gelöstes Salz nicht mit gewöhnlichem Filterpapier ab
- kann durch einen wachsenden Filterkuchen langsamer werden
Abschluss-Check
Du kannst Filtration nun als Weg beschreiben: Suspension zum Filter geben, Rückstand zurückhalten, Filtrat auffangen und das Ergebnis anhand der Stoffeigenschaften begründen.