Emulsion

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In diesem Artikel erklären wir dir die nähere Definition von Emulsionen, wie sie zustande kommen und welche Phasen es gibt. 

Emulsionen erweitern das Themengebiet Lipide und werden im Fach Chemie behandelt.


Viel Spaß beim Lernen!



Was ist eine Emulsion?


  • Unter einer Emulsion versteht man ein Gemisch aus zwei Flüssigkeiten. Diese Flüssigkeiten können unter normalen Umständen jedoch nicht miteinander vermengt werden.


  • Durch ihre Strukturen stoßen sie sich nämlich gegenseitig ab. So kommt es, dass sich die beiden Flüssigkeiten in der Regel sichtbar voneinander trennen. 


  • Emulsionen lassen sich ganz einfach im alltäglichen Leben finden. So sind zum Beispiel nicht nur Kosmetika Emulsionen, sondern auch Mayonnaise.

 


Hast du schon einmal probiert Wasser mit Öl zu mischen? Wenn nicht, dann schnapp dir doch einmal ein Glas Wasser und gebe einen Esslöffel Öl hinzu. Dir wird auffallen, dass das Öl auf der Wasseroberfläche schwimmt und sich nicht mit diesem vereinen wird. Erst wenn du kräftig anfängst zu rühren, fangen die zwei Flüssigkeiten an sich miteinander zu vermischen.




Wie funktioniert eine Emulsion?


Die Flüssigkeiten, welche sich bei einer Emulsion vermischen, werden Phasen genannt. 

Dabei lässt sich zwischen zwei Phasen, also zwei Flüssigkeiten, unterscheiden: 


  1. In der ersten Phase bildet Flüssigkeit kleine Tröpfchen, der Fachbegriff hierfür ist die innere Phase oder auch dispere Phase.

  2. Anschließend bildet die Flüssigkeit in einer weitern Phase Tröpfchen, die schwimmen und wird demnach als äußere Phase oder kontinuierliche Phase bezeichnet. 


Ein Emulsions-Gemisch, besteht üblicherweise aus Öl und Wasser. Das Öl ist in dem Fall die innere Phase und das Wasser die äußere Phase. Wenn du das Experiment mit dem Öl und Wasser ausprobiert hast, dann warte kurz einen Moment ab nach dem Rühren. Du wirst sehen, dass sich die beiden Phasen wieder trennen werden. Um dem entgegen zu wirken, gibt es sogenannte Emulgatoren oder auch Tenside genannt. Sie wirken der Trennung entgegen.




Chemische Emulsion


Ein Vermischen der beiden Flüssigkeit ist nicht 1 zu 1 möglich. Viel mehr sieht eine Emulsion so aus, dass sich die innere Phase (hier das Öl) in viele kleine Tröpfchen spaltet und dadurch nicht mehr eine Oberfläche bildet. Bei dem Zuschauen der Vermischung, erweckt es jedoch den Anschein, dass sich beide Flüssigkeiten zusammen vereint hätten.



Woher stammt der Begriff Emulsion?


Wenn es zu Flüssigkeiten kommt, müsst ihr zwischen zwei Arten unterscheiden. Zum Beispiel gibt es die sogenannten hydrophilen Flüssigkeiten. Schauen wir uns das Wort hydrophil einmal näher an. Es setzt sich aus Hydro und Phil zusammen. Hydro stammt aus dem Griechischen und heißt übersetzt Wasser. Das Wort Phil kommt ebenfalls aus dem Griechischen und heißt so viel wie liebend. Diese Flüssigkeiten sind also wasserliebend. Das heißt, sie lassen sich mit Wasser gut vermischen und spalten sich nicht voneinander ab. 


Es gibt jedoch auch lipophile Flüssigkeiten. Was Phil bedeutet, weißt du ja jetzt. Also fehlt uns noch das Wort Lipo. Wie du dir wahrscheinlich schon denkst, kommt auch dieses Wort aus dem Griechischen und wird mit Fett übersetzt. Da diese Flüssigkeiten fettliebend sind, können sie also gut mit Öl gemischt werden. 




Wirkung der Flüssigkeiten


Bei der Vermischung von den hydrophilen Flüssigkeiten in Wasser, erfolgt die Bindung hauptsächlich über Wasserstoffbrücken. Das funktioniert natürlich bei lipophilen Flüssigkeiten gemischt mit Öl nicht. Dort kommt die Bindung mit Hilfe den sogenannten Van-der-Waals-Kräften zustande. Mischt man nun Öl mit Wasser, bildet sich eine Grenzfläche zwischen den zwei Phasen. Das heißt, das Öl schwimmt oben auf. Durch die Grenzflächenspannung die zwischen den Phasen besteht wird eine Emulsion, also eine Vermischung verhindert. Außerdem versucht die Grenzflächenspannung den Kontakt zu der anderen Phase möglichst klein zu halten. In dieser Darstellung ist der Ausgangspunkt (auf dem linken Bild) bis hin zur Emulsion (auf dem rechten Bild) einmal veranschaulicht.



Abb. 1: Entstehung einer Emulsion
Quelle: chemie-schule.de


Tenside ermöglichen es eine Bindung zwischen der hydrophilen und lipophilen Flüssigkeit herzustellen. Dadurch sinkt die Grenzflächenspannung und die Flüssigkeiten können sich vermischen. 

Nichtsdestotrotz sind Emulsionen äußerst instabil und werden sich im Laufe der Zeit wieder auflösen beziehungsweise die Phasen werden sich wieder voneinander trennen.




Phasen der Emulsion


Wenn der Zerfall der Emulsion beginnt, lässt sich dies in fünf Phasen unterteilen:


  1. Die erste Phase wird stabile Emulsion genannt: Hier hat sich das Öl in viele kleine Tröpfchen gespalten und ist unter das Wasser gemischt.

  2. Die zweite Phase nennt sich Sedimentation: Die vermischte Menge beginnt sich aufgrund der Gravitation in zwei Bereiche zu teilen. Da das Öl leichter als das Wasser ist, liegt dieses oben auf.

  3. Die dritte Phase ist die Ostwald-Reifung: Hier passiert nicht viel mehr als vorher außer, dass der Trennungszustand weiter fortschreitet.

  4. In der vierten Phase, der Aggregation, schließen sich die Fetttröpfchen zu größeren aber lockeren Zusammenlagerungen zusammen. Das heißt der Teilchendurchmesser, also die Größe des Fetttröpfchens nimmt zu.

  5. In der letzten und fünften Phase, der Koaleszenz, schließen sich die Tröpfchen entgültig zusammen. Das kann zu einer Auflösung der Emulsion führen.



Mikroemulsionen


Die Mikroemulsion ist neben der Emulsion eine weitere Art. Emulsionen sind in der Regel undurchsichtig wie Milch. Das liegt daran, dass die Fetttröpfchen zu groß sind und kein Licht durchlassen. Anders ist es bei der Mikroemulsion. Dort sind die Fetttröpfchen so klein in dem Gemisch, dass sich das Licht an ihnen streut. Dadurch sind Mikroemulsionen transparent. Also durchsichtig wie Wasser. Dieser Zustand wird jedoch nur durch das Hinzufügen von Tensiden erreicht.



Multiple Emulsion


Die multiple Emulsion sind äußerst komplexe Systeme. Wie du bereits weißt, gibt es bei einer Emulsion eine innere und eine äußere Phase. Hier ist es jetzt aber so, dass in der inneren Phase (Öl) auch kleinere Tröpfchen von der äußeren Phase (Wasser) vorhanden sind.




Das Wichtigste zur Emulsion auf einen Blick!


Folgendes hast du nun über Emulsionen gelernt:


  • Eine Emulsion besteht aus zwei vermengten Flüssigkeiten, die sich normalerweise nicht miteinander vermischen lassen.


  • Sie ist kein Dauerzustand, sondern zerfällt wieder in ihre ursprüngliche Form. Um dem entgegenzuwirken, kann man Tenside hinzufügen. Aber auch dann, wird eine Emulsion sich irgendwann wieder trennen. 


  • Insgesamt gibt es fünf Phasen: stabile Emulsion, Sedimentation, Ostwald-Reifung, Aggregation und Koaleszenz


  • Und zwei weitere Arten der Emulsion: Die Mikroemulsion und die multiple. Ersteres ist ein Wasser-Öl-Tensid Gemisch. Zweiteres enthält in der inneren Phase zusätzlich Tröpfchen von der äußeren Phase.



Sehr gut! Jetzt bist du perfekt darüber informiert, was es mit Emulsionen auf sich hat!



Finales Emulsion Quiz

Frage

Worauf beruht die Waschwirkung von Seifen?

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Antwort

Die Waschwirkung von Seifen basiert auf: 

  • Netzkraft (Herabsetzung der Oberflächenspannung)

  • Emulgier- und Suspendiervermögen

  • Schmutztragevermögen









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Frage

Welche Vor- und Nachteile weisen Seifen auf? 

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Antwort

Seifen sind biologisch abbaubar, jedoch haben sie in wässriger Lösung eine Protonenakzeptor Eigenschaft, weshalb sie auf die wässrige Lösung eine basische Wirkung hat und folglich hautreizend sind. Sie sind außerdem säureempfindlich. Dabei reagiert die Carboxylatgruppe mit Wasser zu einem Oxonium Ion unter Abscheidung einer freien Fettsäure. Es bildet sich ein weißer Niederschlag. Es kommt zum Verlust der Waschwirkung und Verschmutzunge der Wäsche. Darüber hinaus sind Seifen härteempfindlich. Hierbei reagieren Carboxylationen mit Ionen des Kalkwassers und bilden Kalkseife Niederschläge. Die Seife verliert ihre Waschwirkung und die Wäsche verschmutzt mit dem Kalk-Niederschlag. 



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Frage

Welche 4 unterschiedlichen Arten von Tensiden gibt es? Erklären Sie in wiefern sie sich voneinander unterscheiden.  

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Antwort

Es gibt nichtanionische, anionische, kationische und amphotere Tenside. Nichtanionische Tenside bestehen aus Alkohol und Ethergruppen. Anionische Tenside besitzen Carboxylat-, Sulfonat- und Sulfatgruppen. Kationische Tenside besitze Ammoniumgruppen. Amphotere Tenside bestehen aus Ammonium-und Carboxylatgruppen. 

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Frage

Ordnen Sie folgende Fettsäuren die jeweiligen Schmelzpunkte zu:  Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Linolsäure und Linolensäure. 73°C, 13 °C, 62°C, -5 °C und -11°C.

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Antwort

Palmitinsäure63°C
Stearinsäure70°C
Ölsäure13°C
Linolsäure-5°C
Linolensäure-11°C


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Frage

Welche Ionen befinden sich in Kernseife bzw. Schmierseife?

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Antwort

Natrium- und Kaliumionen befinden sich jeweils in Kernseife und Schmierseife. 

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Frage

Vervollständigen Sie folgenden Lückentext:


Fette sind energiereiche ____. Sie können als ____ gespeichert werden und bei  ____ abgebaut und verwertet werden.  Fette haben ebenfalls eine isolierende Funktion, sie sind ____. Darüber hinaus werden Fette für die Herstellung von ____ verwendet. ____ sind Gewebehormone, die aus Fetten synthetisiert werden. ____ sind Proteine, welche zuständig sind für den Abbau von Fetten. 

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Antwort

Fette sind energiereiche Markomoleküle. Sie können als Speicherstoffe/Fettreserven gespeichert werden und bei  Nahrungsmangel abgebaut und verwertet werden. Fette haben ebenfalls eine isolierende Funktion, sie sind Wärmeisolatoren. Darüber hinaus werden Fette für die Herstellung von Hormonen verwendet. Prostaglandine sind Gewebehormone, die aus Fetten synthetisiert werden. Lipasen sind Proteine, welche zuständig sind für den Abbau von Fetten. 

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