Ein reiner Stoff besteht ausschließlich aus diesem Stoff und kann nicht in andere Stoffe getrennt werden. Ein Gemisch kann in zwei oder mehrere Reinstoffe aufgetrennt werden. Während Reinstoffe klar definierte physikalische und chemische Eigenschaften haben, haben Gemische unterschiedliche Eigenschaften, abhängig von den Anteilen der Reinstoffe in jeder Mischung und von der Lage in der Mischung.
Reinstoffe können Elemente sein, die ausschließlich aus einer Atomart bestehen, oder Verbindungen aus Molekülen, die zwei oder mehr Elemente enthalten. Mischungen können homogen oder heterogen sein, je nachdem wie fein die Komponenten gemischt sind. Homogene Mischungen haben in der gesamten Mischung das gleiche Aussehen und die gleichen Eigenschaften. Heterogene Mischungen sind gröber mit nachweisbaren Variationen in Aussehen und Eigenschaften in verschiedenen Teilen der Mischung
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Reinstoffe bestehen aus einem Stoff mit einheitlichen Eigenschaften, während Mischungen aus zwei oder mehr Reinstoffen mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften bestehen. Dadurch lassen sich Reinstoffe nicht in andere Stoffe auftrennen, sondern die unterschiedlichen Eigenschaften der Bestandteile von Gemischen nutzen, um diese in Reinstoffe aufzutrennen.
Elemente und Verbindungen
Elemente sind immer reine Stoffe, während Verbindungen chemische Kombinationen von zwei oder mehr Elementen sind und auch rein sein können. In der realen Welt sind Stoffe wie Elemente und Verbindungen selten rein, da sie meist durch ihre Behälter, ihre Umgebung oder ihre Herstellung kontaminiert werden. Rein bedeutet theoretisch ohne nachweisbare Verunreinigungen. In der Regel ist es möglich, Elemente und Verbindungen nach diesem Standard zu reinigen, obwohl dies oft mit großem Aufwand verbunden ist.
Verbindungen bestehen aus mehr als einer reinen Substanz und unterscheiden sich von Gemischen dadurch, dass sie ohne chemische Reaktion nicht getrennt werden können. Gemische können durch physikalische Verfahren getrennt werden, diese trennen jedoch keine Verbindungen.
Wenn ein Element oder eine Verbindung gleichzeitig in zwei Zuständen existiert, kann es gleichzeitig ein Reinstoff und ein Gemisch sein. Reines Wasser mit reinem Crushed Ice ist beispielsweise immer noch eine reine Substanz, aber es ist auch eine Mischung aus zwei Zuständen der reinen Substanz. Als Gemisch kann das Eis mit physikalischen Mitteln wie dem Herausschaufeln der Eisbruchstücke vom Wasser getrennt werden.
Homogene und heterogene Mischungen
Gemische enthalten mehr als eine Atom- oder Molekülart und können mit physikalischen Methoden getrennt werden. Bei homogenen Mischungen sind die Mischungspartikel so fein, dass die Mischung aussieht, als ob sie durchweg aus dem gleichen Material besteht. Bei heterogenen Mischungen sind die Partikel nachweisbar und die Eigenschaften der Mischung unterscheiden sich je nachdem, welcher Teil der Mischung untersucht wird.
Lösungen sind typische homogene Mischungen. Beispielsweise ist eine Salzlösung in Wasser eine homogene Mischung, da Wasser und Salz durch Destillation getrennt werden können, wodurch reines Wasser und kristallines Salz entstehen. Luft ist ein Gemisch, das hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff besteht. Die Gase können getrennt werden, indem man die Luft kühlt und verflüssigt und dann Stickstoff, der einen niedrigeren Siedepunkt hat, und dann Sauerstoff, der bei einer höheren Temperatur als Stickstoff siedet, abkocht.
Heterogene Mischungen können alles sein, von Frühstücksflocken bis hin zu Sand oder Salatdressing. Viele gängige Materialien sind heterogene Gemische, die sich oft leicht durch Filtern, mechanisches Auseinandernehmen oder durch Eigenschaften wie Gewicht oder Magnetismus trennen lassen. Das Hauptmerkmal heterogener Mischungen ist, dass ihre Eigenschaften von Punkt zu Punkt variieren und dass Variationen verwendet werden können, um sie zu trennen.
Bei jeder unbekannten Substanz zeigt eine genaue Untersuchung in der Regel, ob es sich um ein heterogenes Gemisch handelt. Ist dies nicht der Fall, kann es sich um eine homogene Mischung oder um eine reine Substanz handeln. Erhitzen oder Abkühlen führt dazu, dass sich das Material entweder beim Sieden der Mischungskomponenten abscheidet oder erstarren bei unterschiedlichen Temperaturen, oder die ganze reine Substanz kocht oder gefriert bei einem einzigen Punkte.