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Emulsion

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Chemie

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 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.

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. Die erste Phase bildet kleine Tröpfchen, der Fachbegriff für diese Flüssigkeit ist innere Phase oder auch dispere Phase.
  2. Die andere Phase ist die Flüssigkeit in der die Tröpfchen schwimmen und wird auch 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, 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.

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 keine Oberfläche mehr 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.

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.

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!

  • 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 Emulsion. Ersteres ist ein Wasser-Öl-Tensid Gemisch. Zweiteres enthält in der inneren Phase zusätzlich Tröpfchen von der äußeren Phase.

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