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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!
Unter einer Emulsion versteht man ein Gemisch aus mindestens 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.
Die Flüssigkeiten, welche sich bei einer Emulsion vermischen, werden Phasen genannt.
Dabei lässt sich zwischen zwei Phasen, also zwei Flüssigkeiten, unterscheiden:
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, nachdem du gerührt hast. 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.
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 keine Oberfläche mehr bildet. Bei dem Zuschauen der Vermischung, erweckt es jedoch den Anschein, dass sich beide Flüssigkeiten zusammen vereint hätten.
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.
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.
Abbildung 1: Entstehung einer EmulsionQuelle: 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 werden sich die Phasen wieder voneinander trennen.
Wenn der Zerfall der Emulsion beginnt, lässt sich dies in fünf Phasen unterteilen:
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.
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.
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