Sieben und Sortieren - Chemie

Diesen aiMOOC als Battle spielen: Chemie, Klasse 7-8, G-Niveau

Sieben und Sortieren - Chemie

Einleitung

Beim Sieben und Sortieren werden Bestandteile eines Stoffgemisches voneinander getrennt. Dabei findet keine chemische Reaktion statt: Die Stoffe bleiben erhalten. Genutzt werden sichtbare oder messbare Stoffeigenschaften, zum Beispiel Teilchengröße, Farbe, Form oder Magnetismus.

Du lernst, welches Verfahren zu welchem Gemisch passt, wie ein Sieb arbeitet und wie Sortierverfahren im Alltag, im Labor und beim Recycling eingesetzt werden.

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Grundlagen

Stoffgemische und Trennverfahren

Ein Reinstoff besteht aus nur einer Stoffart. Ein Stoffgemisch enthält mindestens zwei Reinstoffe. Sind die Bestandteile erkennbar oder ungleichmäßig verteilt, spricht man von einem heterogenen Gemisch. Ein festes heterogenes Gemisch heißt Gemenge.

Trennverfahren nutzen Unterschiede zwischen den Bestandteilen. Beim Sieben ist vor allem die Teilchengröße entscheidend. Beim Sortieren können mehrere Merkmale genutzt werden.

Sortieren

Beim Sortieren werden Bestandteile nach einer erkennbaren oder messbaren Eigenschaft getrennt. Das kann mit der Hand oder mit Maschinen geschehen.

1. Farbe: verschiedenfarbige Glasscherben werden getrennt.
2. Form: beschädigte Teile werden aussortiert.
3. Magnetismus: Eisen wird aus einem nichtmagnetischen Gemisch entfernt.
4. Größe: große Stücke werden von kleinen Stücken getrennt.
5. Materialart: Papier, Metall, Kunststoff und Glas werden getrennt gesammelt.

Ein Beispiel für die Schule ist ein Gemisch aus Sand und Eisenpulver. Ein Magnet zieht das Eisen an, der Sand bleibt zurück. Der Magnet sollte dabei mit Papier oder einer dünnen Folie umhüllt werden, damit sich das Eisen leichter abstreifen lässt.

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Sieben

Beim Sieben wird ein Gemisch durch ein Sieb bewegt. Kleine Teilchen können durch die Öffnungen fallen. Größere Teilchen bleiben als Siebrückstand zurück. Das durchgefallene Material heißt Siebdurchgang.

Die Größe einer Sieböffnung heißt Maschenweite. Vereinfacht gilt:

$d_{\mathrm{T}\mathrm{e}\mathrm{i}\mathrm{l}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{n}}<w_{\mathrm{M}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{e}}$: Das Teilchen kann durch das Sieb fallen.

$d_{\mathrm{T}\mathrm{e}\mathrm{i}\mathrm{l}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{n}}>w_{\mathrm{M}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{e}}$: Das Teilchen bleibt meist auf dem Sieb liegen.

In der Praxis beeinflussen auch Form, Feuchtigkeit, Bewegung und die Menge des Gemisches das Ergebnis. Längliche Teilchen können sich zum Beispiel anders verhalten als runde Teilchen.

Mehrere Siebe mit unterschiedlichen Maschenweiten können übereinandergestapelt werden. Oben liegt das gröbste, unten das feinste Sieb. So entstehen verschiedene Korngrößenklassen.

Der Massenanteil einer abgetrennten Fraktion kann berechnet werden:

$A_i=\frac{m_i}{m_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{s}\mathrm{a}\mathrm{m}\mathrm{t}}}\cdot 100\mathrm{\%}$

Dabei ist $m_i$ die Masse einer Fraktion und $m_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{s}\mathrm{a}\mathrm{m}\mathrm{t}}$ die Masse der gesamten Probe.

Sieben und Sortieren vergleichen

Verfahren	Genutzte Eigenschaft	Typisches Beispiel	Ergebnis
Sieben	Teilchengröße	Sand und Kies	Grobe und feine Fraktion
Sortieren	Farbe, Form, Magnetismus oder Materialart	Eisen und Sand	Getrennte Stoffgruppen

Sieben ist damit ein spezielles mechanisches Trennverfahren nach Größe. Sortieren ist weiter gefasst und kann unterschiedliche Stoffeigenschaften nutzen. Beide Verfahren eignen sich vor allem für heterogene Gemische. Beim Filtrieren trennt ein Filter meist einen Feststoff von einer Flüssigkeit; beim Sieben werden im Schulversuch meist feste Teilchen verschiedener Größe getrennt.

Anwendungen

Schule und Alltag

Beim Backen wird Mehl gesiebt, damit Fremdkörper und grobe Bestandteile zurückbleiben und Klumpen zerfallen. Im Garten lässt sich Kompost sieben. Auf Baustellen werden Sand und Kies nach Korngröße getrennt. Beim Sammeln von Wertstoffen werden Gegenstände nach Material sortiert.

Sieben funktioniert nur dann gut, wenn die Teilchengrößen ausreichend verschieden sind. Sind die Bestandteile ähnlich groß, ist ein anderes Trennverfahren nötig.

Technik und Recycling

In Sortieranlagen arbeiten verschiedene Verfahren zusammen. Siebe trennen nach Größe. Magnete entfernen eisenhaltige Stoffe. Kameras und Sensoren erkennen Farben oder Materialien. Luftströme können leichte von schweren Bestandteilen trennen.

Auch in Laboren wird gesiebt, um die Korngrößenverteilung einer Probe zu untersuchen. Dafür werden genormte Siebe, eine Waage und oft eine Siebmaschine verwendet.

Auch in der Planetenforschung werden Siebe eingesetzt. Beim Marsrover Curiosity gelangten nur ausreichend feine Bodenpartikel durch ein Sieb zu den Laborinstrumenten.

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Experiment: Ein Gemenge trennen

Material

1. Zwei Siebe mit unterschiedlicher Maschenweite
2. Schalen oder Bechergläser
3. Löffel
4. Magnet in einer dünnen Folie
5. Gemisch aus grobem Kies, Sand, Reis und wenigen Eisenklammern
6. Schutzbrille

Durchführung

1. Betrachte das Gemisch und plane eine sinnvolle Reihenfolge der Trennschritte.
2. Entferne die Eisenklammern mit dem umhüllten Magneten.
3. Trenne groben Kies mit dem gröberen Sieb ab.
4. Trenne Reis und Sand mit einem feineren Sieb.
5. Fange jede Fraktion in einer eigenen Schale auf.
6. Wiege bei Bedarf die Fraktionen und berechne ihre Massenanteile.

Arbeite nur mit ungefährlichen, trockenen Stoffen. Vermeide Staub, koste keine Stoffe und trage eine Schutzbrille.

Beobachtung und Auswertung

Notiere, welcher Stoff bei jedem Schritt zurückbleibt und welcher hindurchfällt. Begründe die Reihenfolge der Verfahren. Prüfe außerdem, ob Stoff verloren gegangen ist oder in einer falschen Fraktion liegt. Solche Abweichungen gehören zur Fehleranalyse.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Stoffeigenschaft wird beim Sieben hauptsächlich genutzt? (Teilchengröße) (!Dichte) (!Siedetemperatur) (!Löslichkeit)

Wie heißt das Material, das auf dem Sieb liegen bleibt? (Siebrückstand) (!Filtrat) (!Destillat) (!Sedimentwasser)

Welches Gemisch lässt sich gut sieben? (Sand und Kies) (!Salzlösung) (!Luft) (!Zuckerwasser)

Welche Eigenschaft kann beim Sortieren mit einem Magneten genutzt werden? (Magnetismus) (!Brennbarkeit) (!Siedepunkt) (!Geschmack)

Was geschieht mit den Stoffen beim Sieben? (Sie bleiben chemisch unverändert) (!Sie reagieren zu einem neuen Stoff) (!Sie verdampfen vollständig) (!Sie lösen sich ineinander)

Wie nennt man die Größe der Öffnungen eines Siebes? (Maschenweite) (!Schmelzpunkt) (!Dichtewert) (!Füllhöhe)

Welche Reihenfolge ist bei einem Siebstapel sinnvoll? (Grobes Sieb oben und feines Sieb unten) (!Feines Sieb oben und grobes Sieb unten) (!Alle Siebe mit gleicher Maschenweite) (!Das kleinste Sieb außerhalb des Stapels)

Welches Verfahren trennt Eisen aus Sand besonders geeignet? (Magnetisches Sortieren) (!Eindampfen) (!Destillieren) (!Kristallisieren)

Wie heißt ein festes heterogenes Stoffgemisch? (Gemenge) (!Lösung) (!Reinstoff) (!Legierung)

Warum kann feuchter Sand beim Sieben Probleme verursachen? (Teilchen können verklumpen) (!Die Maschen werden größer) (!Der Sand wird magnetisch) (!Das Sieb beginnt zu schmelzen)

Memory

Maschenweite	Größe einer Sieböffnung
Siebrückstand	Material auf dem Sieb
Siebdurchgang	Material unter dem Sieb
Magnetismus	Trennung eisenhaltiger Stoffe
Gemenge	Festes heterogenes Stoffgemisch
Siebstapel	Mehrere Siebe übereinander

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Beispiel
Sortieren nach Farbe	Glas nach Farben trennen
Magnetisches Sortieren	Eisen aus Sand entfernen
Grobsiebung	Kies bleibt auf dem Sieb
Feinsiebung	Feiner Sand fällt durch die Maschen
Siebstapel	Mehrere Korngrößen nacheinander trennen

Kreuzworträtsel

Maschenweite	Wie heißt die Größe einer Sieböffnung?
Magnetismus	Welche Eigenschaft ermöglicht das Trennen von Eisen und Sand?
Gemenge	Wie heißt ein festes heterogenes Stoffgemisch?
Siebrückstand	Wie heißt das Material, das auf dem Sieb liegen bleibt?
Partikelgröße	Welche Eigenschaft trennt ein Sieb?
Trennverfahren	Wie nennt man eine Methode zum Aufteilen eines Stoffgemisches?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Sieben und Sortieren sind Trennverfahren. Beim Sieben entscheidet vor allem die . Die Größe der Öffnungen heißt . Größere Teilchen bilden den . Kleinere Teilchen gelangen in den . Beim Sortieren können Farbe, Form oder genutzt werden. Ein festes heterogenes Stoffgemisch heißt . Bei der Trennung entstehen keine Stoffe.

Offene Aufgaben

Leicht

1. Alltagsbeispiele: Fotografiere oder zeichne drei Situationen, in denen gesiebt oder sortiert wird.
2. Trennplan: Erstelle einen einfachen Plan für die Trennung von Kies, Sand und Eisenklammern.
3. Siebmodell: Baue aus einem gelochten Behälter und zwei Korngrößen ein ungefährliches Siebmodell.
4. Begriffsplakat: Gestalte ein Plakat mit Maschenweite, Siebrückstand und Siebdurchgang.

Standard

1. Siebvergleich: Untersuche zwei Siebe und beschreibe, wie sich die Maschenweite auf das Ergebnis auswirkt.
2. Magnettrennung: Plane einen Versuch zur Trennung von Sand und Eisen und dokumentiere Sicherheitsregeln.
3. Recyclinginterview: Befrage eine Person, wie zu Hause, in der Schule oder im Betrieb Abfälle sortiert werden.
4. Erklärvideo: Produziere ein kurzes Video, das den Unterschied zwischen Sieben und Sortieren zeigt.

Schwer

1. Siebanalyse: Wiege mehrere Siebfraktionen und berechne ihre Massenanteile.
2. Fehleranalyse: Untersuche, warum Teilchen in einer falschen Fraktion landen können, und verbessere den Versuch.
3. Sortieranlage: Entwirf eine Anlage, die Größe, Magnetismus und Farbe nacheinander nutzt.
4. Nachhaltigkeit: Bewerte, wie Sortierverfahren das Recycling verbessern und wo ihre Grenzen liegen.

Lernkontrolle

1. Verfahrenswahl: Ein Gemisch enthält Sand, kleine Eisenstücke und grobe Kunststoffteile. Entwickle eine sinnvolle Trennfolge und begründe jeden Schritt.
2. Vergleich: Erkläre, warum Sieben bei Salz und Wasser ungeeignet ist, bei Sand und Kies aber gut funktioniert.
3. Optimierung: Ein feuchtes Gemisch verstopft das Sieb. Entwickle zwei Verbesserungen und erkläre ihre Wirkung.
4. Transfer Recycling: Entwirf für gemischte Wertstoffe eine Abfolge aus mindestens drei Sortierverfahren.
5. Daten auswerten: Eine Probe zerfällt in mehrere Siebfraktionen. Beschreibe, wie Du aus den Massen die Korngrößenverteilung beurteilst.
6. Grenzen: Zwei Feststoffe besitzen fast gleiche Größe und Farbe. Schlage ein anderes Trennkriterium vor und begründe es.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis ist wichtig, dass Du:

1. Sieben und Sortieren als mechanische Trennverfahren erklärst.
2. die jeweils genutzten Stoffeigenschaften benennst.
3. Siebrückstand, Siebdurchgang und Maschenweite richtig verwendest.
4. für ein Gemisch eine begründete Reihenfolge von Trennschritten entwickelst.
5. Sicherheitsregeln beim Experimentieren einhältst.
6. Beobachtungen dokumentierst und mögliche Fehler auswertest.
7. Anwendungen in Alltag, Labor und Recycling beurteilst.

Verknüpfte Lernbereiche

Sieben und Sortieren - Chemie Stoffgemisch Heterogenes Gemisch Gemenge Trennverfahren Partikelgröße Magnetismus Filtration Recycling