I Dekantieren – ein Trennverfahren
1.1 Versuch
Geräte
Bechergläser
Stoff
Kreideaufschlämmung K
1.2 Beobachtung
a) Das Kreidepulver setzt sich nach kurzer Zeit am Boden ab.
b) Über dem Kreidepulver ist das klare Wasser. Dieses gießen wir ab.
1.3 Auswertung
Dekantieren könnte man mit „Über die Kante gießen“ übersetzen.
Die Flüssigkeit „Wasser“ hat eine geringere Dichte als der Feststoff „Kreide“. Das nützt man beim Dekantieren aus. Der schwerere und dichtere Feststoff sinkt zu Boden. Er sedimentiert. Die Flüssigkeit darüber wird abgegossen oder abgesaugt. Dekantieren ist ein „grobes Trennverfahren“.
1.4 Wie funktioniert „Dekantieren“?
1. Sedimentation ist der Schritt vorm Dekantieren
Zuerst lässt man das Gemisch, typischerweise einen Feststoff in einer Flüssigkeit, für eine Weile ruhen. Dabei setzt sich der schwerere Feststoff aufgrund der unterschiedlichen Dichte am Boden des Gefäßes ab. Das nennt man „Sedimentieren“. Das passiert zuerst, wenn eine Flüssigkeit mit einem unlöslichen Feststoff verunreinigt ist.
Lässt man so eine Suspension länger stehen, so setzt sich der Feststoff als Sediment ab. Das Abgießen der überstehenden Flüssigkeit nennt man dann Dekantieren.
2. Abgießen
Anschließend wird die über dem Feststoff befindliche Flüssigkeit vorsichtig abgegossen, um sie von der Feststoffphase zu trennen. Dieser Vorgang ist das eigentliche Dekantieren.
1.5 Beispiele aus dem Alltag
1.5.1 Fällung von Niederschlägen
Dekantieren kann verwendet werden, um gefällte Niederschläge ( Fällung ist, wenn durch Übersättigung Flocken oder Kristalle entstehen) aus einer Lösung abzutrennen.
1.5.2 Kaffeezubereitung
Im Alltag ist das Absetzen des Kaffeepulvers und das anschließende Abgießen des fertigen Kaffees ein Beispiel für Dekantieren
1.5.3 Trennung von Flüssigkeiten
Auch bei nicht mischbaren Flüssigkeiten, wie Öl und Wasser, kann durch Dekantieren die obere Schicht vorsichtig abgegossen werden.
1.5.4 Beschleunigung der Filtration
Dekantieren vor der Filtration reduziert die Menge an Feststoff, die durch den Filter muss, und verhindert so eine schnelle Verstopfung des Filters.
1.5.5 Dekantieren von Wein
Ein Beispiel für das Dekantieren ist das vorsichtige Umfüllen von Wein (Wein dekantieren) direkt aus der Flasche, ohne den Bodensatz aufzuwirbeln und auszuschütten.
1.5.6 Vorteile des Dekantierens beim Wein
a) Durch das Dekantieren trennt man den Bodensatz von Flüssigkeit. Der Bodensatz (hauptsächlich Weinstein) besteht aus natürlichen Schwebstoffen, welche sich im Laufe der Lagerung am Boden anlagern. Vor allem Rotweine enthalten solche Sedimente. Dadurch kann der Geschmack des Weins beeinträchtigt werden und Krümel im Mund mag auch keiner haben.
b) Zweiter Vorteil: Der Sauerstoff verbessert den Geschmack.
Durch das Umfüllen kommt der Wein mit dem Luftsauerstoff in Kontakt, Im Dekantergefäß kann der Wein besser atmen und der Wein bekommt mehr Sauerstoff. Geschmacks- und Aromastoffe können sich entfalten und eventuell noch vorhandene unerwünschte Gase verflüchtigen sich.
c) Bricht ein Korken beim Öffnen der Flasche landen oft kleine Stücke im Wein. Mit Hilfe des Dekantierens kann man die kleinen Korkenreste entfernen.
1.5.7 Dekantieren in einer Kläranlage
Dekantieren findet auch in einer Kläranlage seine Anwendung. Um den ausgefaulten Schlamm abtransportieren zu können, muss er entwässert werden. Dies geschieht mit einem Dekanter (Zentrifuge). Die Trommel des Dekanters dreht sich sehr rasch (63 Mal pro Sekunde), dadurch trennt sich der Schlamm vom Wasser. Das Wasser rinnt in einen Behälter und wird wieder in den Kreislauf der Kläranlage geführt. Der entwässerte Schlamm wird mit einer Schnecke aus der Trommel des Dekanters befördert und mit einer Feststoffpumpe in einen Container auf dem Schlammlagerplatz gepumpt.
1.5.8 Dekantieren in der Küche
- Beispiele:In der Küche kann Dekantieren bei der Zubereitung von Brühen oder Suppen verwendet werden, um das abgesetzte Fett oder Gemüse zu entfernen.
- Zweck:Auch hier geht es darum, unerwünschte Bestandteile von der Flüssigkeit zu trennen, um eine klarere oder reinere Flüssigkeit zu erhalten.
1.5.9 Dekantieren bei der Reinigung
- Beispiel:Beim Waschen von Wäsche kann das Abgießen von schmutzigem Wasser nach dem Einweichen oder Waschen als eine Form des Dekantierens angesehen werden.
- Ziel:Hier wird die Flüssigkeit (das schmutzige Wasser) von den festen Bestandteilen (der Wäsche) getrennt.
Zusammenfassend: Dekantieren im Alltag ist ein einfaches Trennverfahren, das in verschiedenen Kontexten angewendet werden kann, um Flüssigkeiten von unerwünschten Feststoffen zu trennen, wobei die spezifische Anwendung und das Ziel variieren können.
1.6 Aufgaben
a) Welche Eigenschaft der Stoffe wird beim Dekantieren ausgenutzt?
A: Es wird die Eigenschaft der unterschiedlichen Dichte ausgenutzt, um einen Feststoff oder
eine Flüssigkeit von einer anderen abzutrennen.
b) Wo setzt man das Dekantieren im Alltag ein? – Nenne zwei Beispiele!
A: Um Wein zu dekantieren (um den Bodensatz wegzubekommen) oder bei der Kläranlage, um den Schlamm
zu entwässern. Also um den Schlamm vom Wasser zu trennen.
II Filtrieren – ein Trennverfahren
2.1 Versuch
Geräte
1 Glasstab
2 Trichter
3 Filterpapier
4 Becherglas
Stoff
Kreideaufschlämmung K
2.2 Beobachtung
a) Im Filterpapier bleibt das Kreidepulver hängen.
b) Im unteren Becherglas sammelt sich klares Wasser.
2.3 Auswertung
Die Teilchengröße der Flüssigkeit ist viel kleiner als die Teilchengröße des Feststoffes. Das nützt man beim Filtrieren aus. Das Filterpapier ist wie ein feines Sieb mit vielen kleinen Poren. Die großen festen Teilchen des Feststoffes können nicht durch. Die Flüssigkeit kann jedoch durch. Der im Filter zurückgehaltene Feststoff heißt Filterrückstand. Die Flüssigkeit die durchgeht und die wir in einem Glas auffangen heißt „Filtrat“.
2.4 Beispiele aus dem Alltag
Filter zu Hause
Kaffeefilter:
Das Kaffeepulver wird vom aufgebrühten Kaffee getrennt.
Teefilter/Teebeutel:
Hält die Teeblätter zurück, während der Teeaufguss ins Wasser gelangt.
Aquarium Filter – So funktioniert ein Aquariumfilter:
Der Filter besteht aus einer Pumpe, die Wasser aus dem Aquarium ansaugt und in ein Filtergehäuse leitet. Im Filtergehäuse selbst sind mehrere Filtermedien, durch die das Wasser gepumpt und dadurch gereinigt wird. Filtermedien können sein: Filterschwämme und Filtermatten, Filtervlies und Filterwatte, auf Ton bzw. Keramik basierende Filtermaterialien, Lava, Mineralsubstrate, Sinterglas wie Siporax, Zeolith, Aktivkohle, das synthetische Harz Purigen und Adsorber, die gezielt Phosphat, Silikat oder Nitrat aus dem Aquarienwasser entziehen. Das so gereinigte Wasser fließt zurück ins Aquarium
Staubsaugerfilter:
Staub und Schmutz werden aus der Luft gefiltert.
Filter und Wasserfilter mit Ionentauschern:
In Wasserkochern, Duschköpfen, Geschirrspülern, Waschmaschinen, Trocknern und Dunstabzügen entfernen Filter Schmutz und andere Verunreinigungen aus dem Wasser. Wasserfilter mit Ionenaustauscher können auch einen Teil des Kalks entfernen und Wasser „weicher“ machen.
Fönfilter:
Verhindert das Eindringen von Haaren oder Staub in das Gerät.
Zigarettenfilter:
Fängt Schadstoffe aus dem Rauch auf.
Pollenfilter in Klimaanlagen:
Pollen und andere kleine Partikel werden aus der Luft herausgefiltert, um eine bessere Luftqualität zu gewährleisten
Filter beim Auto
Kraftstofffilter:
Trennt Schmutz und Partikel vom Benzin oder Diesel, um den Motor zu schützen.
Ölfilter:
Entfernt Verschmutzungen und Metallabrieb aus dem Motoröl.
Luftfilter:
Der Motor saugt viel Luft an. Luftfilter sind dafür zuständig, diese Luft zu reinigen und den Motor damit zu versorgen, um einen optimalen Verbrennungsprozess zu gewährleisten.
Auto-Innenraumfilter:
Schützt vor Staub, Pollen und anderen Verunreinigungen in der Luft, die ins Wageninnere gelangen
Filter in der Medizin
Beatmungsfilter:
Diese Filter werden eingesetzt, um Patient, Personal und Geräte zu schützen. Sie filtern Bakterien und Partikel aus der Ein- und Ausatmungsluft und können Wärme und Feuchtigkeit austauschen (HME-Filter).
Infusionsfilter:
Beim Verabreichen von intravenösen Medikamenten und Flüssigkeiten filtern diese Filter Partikel, Bakterien und Luft, um die Sicherheit zu gewährleisten und Kontaminationen zu verhindern. Infusionsfilter mit einer Porengröße von 0,2 µm bieten einen effektiven Schutz vor Mikroorganismen.
Dialysefilter:
Bei der Dialyse ist die Verwendung von hochreinem Wasser aus Filtern unerlässlich, da die Dialyseflüssigkeit direkt mit dem Blut in Kontakt kommt.
Luftfilter in medizinischen Räumen:
Luftreiniger mit HEPA-Filtern können Viren, Bakterien, Staub und Gerüche aus der Raumluft entfernen und so zu einem sauberen und hygienischen Raumklima beitragen
Atemfilter (z.B. bei Atemschutzmasken):
Schwebstoffe und Schadstoffe werden aus der Atemluft gefiltert. – Zahnärzte und Ärzte verwenden bei Behandlungen oder Operationen gegebenenfalls Atemfilter bzw. Atemschutzmasken.
Weitere Beispiele für die Verwendung von Filtern
Bundesheer/Bundeswehr-Schutzmaske
In einer Bundesheer bzw. Bundeswehr-Schutzmaske befindet sich ein Kombinationsfilter, der aus Aktivkohle (zur Bindung von Gasen und Dämpfen) und einem Partikelfilter (zur Filterung von Schwebeteilen wie Staub und Aerosolen) besteht. Für spezielle Einsatzbereiche, wie in Panzern, werden auch Filter eingesetzt, die zusätzlich Kohlenmonoxid filtern können.
Feuerwehr-Schutzmasken
Kombinationsfilter:
Dies sind die gebräuchlichsten Filter bei der Feuerwehr, da sie sowohl Partikel als auch eine breite Palette von Gasen und Dämpfen filtern. Es gibt bei der Feuerwehr auch noch andere Schutzmasken mit Spezialfiltern.
Fischteichfilter:
Hält Schwebstoffe und Verunreinigungen aus dem Wasser fern.
Filter zur Abwasserreinigung bei Kläranlagen:
Entfernen Verunreinigungen aus Abwasser, bevor es in die Gewässer gelangt.
Staubfilter und Filter für Lackierer:
Atemschutzpartikelmasken.
2.5 Vorteile des Filtrierens
Die Filtration, also das Entfernen unerwünschter Stoffe aus Flüssigkeiten, bietet viele Vorteile. Sie ermöglicht die Reinigung von Flüssigkeiten wie Wein oder Wasser, indem Trübstoffe und Partikel entfernt werden, was zu klareren und stabileren Produkten führt. Zudem kann Filtration dazu beitragen, unerwünschte Mikroorganismen wie Hefen und Bakterien zu entfernen und somit die mikrobiologische Stabilität zu gewährleisten.
Verbesserter Geschmack und Geruch:
Entfernung von Stoffen wie Chlor, die den Geschmack und Geruch des Wassers beeinträchtigen.
Schutz von Haushaltsgeräten:
Reduziert Kalkablagerungen in Wasserkochern, Kaffeemaschinen und anderen Geräten, was deren Lebensdauer verlängert.
Schutz der Gesundheit:
Entfernt Schadstoffe wie Schwermetalle, Pestizide, Medikamentenrückstände, Nitrat, Nitrit und Mikroplastik.
Erhaltung von Mineralien:
Moderne Filter bewahren gleichzeitig wichtige Mineralien wie Kalzium und Magnesium, während sie Schadstoffe entfernen.
Vorteile in industriellen Anwendungen
- Erhöhte Produktqualität:
Die Filtration entfernt Verunreinigungen und Partikel, was zu höherer Qualität der Endprodukte führt.
Längere Lebensdauer von Maschinen:
Der Schutz kritischer Komponenten durch die Entfernung von Partikeln reduziert Verschleiß und Reparaturen.
Steigerung der Effizienz:
Eine verbesserte Wasserqualität und zuverlässigere Maschinen führen zu höherer Effizienz und Produktivität.
Einhaltung von Vorschriften:
Hilft, gesetzliche Vorgaben für die Wasserqualität einzuhalten.
Kosteneinsparungen:
Durch weniger Reparaturen, längere Lebensdauer von Geräten und den Verzicht auf teure Ersatzmaterialien werden Kosten gesenkt