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Möchtest Du verschiedene Flüssigkeiten miteinander mischen, geht das meistens auch problemlos. Doch hast Du schon mal versucht, Wasser mit Öl zu mischen? Dann ist Dir bestimmt aufgefallen, dass sich das Öl auf dem Wasser absetzt und sich zwei Schichten bilden. Wieso sich diese beiden Flüssigkeiten nicht gut vermischen lassen und wie Emulsionen dieses Problem lösen, erfährst Du in diesem StudySmarter Original.
Um ein Gemisch aus Öl und Wasser herzustellen, muss in das Medium von außen Energie hinzugefügt werden. Hierdurch wird das Öl in kleinere Tröpfchen zerlegt, die dann besser mit dem Wasser vermischt werden können. Dabei nimmt die Grenzflächenspannung zwischen den beiden Flüssigkeiten zu.
Kommen zwei nicht ohne weiteres mischbare Flüssigkeiten in Kontakt, bildet sich eine Grenzfläche aus. Die Grenzflächenspannung beschreibt die Kräfte, die dafür sorgen, dass die Grenzfläche zwischen zwei Phasen verringert wird.
In einer Emulsion liegen fein verteilte Tröpfchen einer Flüssigkeit, auch innere oder disperse Phase genannt, in einer äußeren oder auch kontinuierlichen Phase vor. Die beiden Flüssigkeiten sind für gewöhnlich nicht mischbar.
Die Flüssigkeit, die in kleine Tropfen zerlegt wird, heißt in der Chemie innere oder auch disperse Phase. Die zusammenhängende Flüssigkeit wird dagegen als äußere oder auch kontinuierliche Phase bezeichnet. Dabei werden zwei Arten von Flüssigkeiten unterschieden. Zum einen sind das die wasserähnlichen (hydrophilen) Flüssigkeiten und zum anderen die ölähnlichen (lipophilen) Flüssigkeiten, die jeweils nur untereinander gut mischbar sind.
Je nachdem, welche Flüssigkeit die innere Phase bildet, werden in der Chemie zwei Arten von Emulsionen unterschieden.
Auf chemischer Ebene bilden die verschiedenen Flüssigkeiten unterschiedliche Wechselwirkungen aus. So kommt es zwischen hydrophilen Molekülen zu Wasserstoffbrückenbindungen. Bei lipophilen Molekülen hingegen bilden sich Van-der-Waals-Kräfte aus. Wird jetzt ein wenig Öl in Wasser gegeben, so bildet sich eine Grenzfläche zwischen den Phasen aus.
In diesem Bereich können die genannten Wechselwirkungen nicht entstehen, weshalb es die beiden Phasen getrennt voneinander vorliegen. Die vorher genannte Grenzflächenspannung kommt an der Stelle ins Spiel, denn sie verhindert das Vermischen der beiden Flüssigkeiten. Können die beiden Flüssigkeiten doch erfolgreich emulgiert werden, dann ist die Emulsion meist instabil und zerfällt nach einiger Zeit wieder.
Emulgieren ist der Fachbegriff für das Vermengen zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten.
Möchtest Du dennoch eine relativ stabile Emulsion herstellen, benötigt es Hilfsstoffe, mehr hierzu erfährst Du später.
Wichtige Größen, die die Struktur und Eigenschaften von Emulsionen beeinflussen, sind das Phasenvolumenverhältnis und die Tröpfchengröße.
Im alltäglichen Leben sind Emulsionen praktisch überall anzutreffen. Sie werden beispielsweise als Lebensmittel oder auch Kosmetika direkt an den Kunden verkauft. Bekannte Beispiele für O/W-Emulsionen sind Milch, Mayonnaise oder auch Salatdressings. Typische W/O-Emulsionen sind Butter oder Pflanzenmargarine. Zur Stabilisierung dieser Emulsionen werden, wie zuvor erwähnt, Hilfsstoffe benötigt.
In einer klassischen Mayonnaise ist der Stoff Lecithin aus dem Eigelb für die emulgierende Wirkung verantwortlich.
Nachdem die kleinen Tropfen der inneren Phase erzeugt wurden, müssen die neu gebildeten Grenzflächen schnellstmöglich stabilisiert werden. Hierzu werden sogenannte Emulgatoren (Tenside) benötigt. Diese Moleküle besitzen sowohl ein hydrophiles, als auch ein lipophiles Ende. So können sie Wechselwirkungen zu beiden Grenzschichten herstellen.
Abbildung 2 verdeutlicht die Wirkung von Tensiden in einer Emulsion. Das lipophile Ende ist hierbei zum Öl hingerichtet. Das hydrophile Ende ist dann zum Wasser orientiert.
Abbildung 2: Wirkung von Tensiden
In der Folge wird die Grenzflächenspannung zwischen den beiden Phasen einer Emulsion herabgesenkt. Auf diesem Weg kann das Zusammenfließen der neu gebildeten Tropfen verlangsamt oder sogar vollständig verhindert werden.
Emulgatoren sind grenzflächenaktive Hilfsstoffe, die zur Stabilisierung einer Emulsion beitragen.
Wegen der Grenzflächenspannung zwischen den beiden Phasen sind die meisten Emulsionen instabil. Die innere Phase ist also bestrebt, sich zu größeren Tropfen zusammenzuschließen und so die Grenzflächenenergie herabzusenken. Dieser Zerfall, auch Brechen einer Emulsion genannt, läuft in einzelnen Schritten ab. Diese finden allerdings häufig zeitgleich statt.
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