Tensid

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Tensid

Tenside (von lat. tensus ‚Äěgespannt‚Äú), sind Substanzen, die die Oberfl√§chenspannung einer Fl√ľssigkeit oder die Grenzfl√§chenspannung zwischen zwei Phasen herabsetzen und die Bildung von Dispersionen erm√∂glichen oder unterst√ľtzen.

Tenside bewirken, dass zwei eigentlich nicht miteinander mischbare Fl√ľssigkeiten, wie zum Beispiel √Ėl und Wasser, fein vermengt werden k√∂nnen. Unter Tensiden versteht man auch waschaktive Substanzen (Detergentien), die in Waschmitteln, Sp√ľlmitteln und Shampoos enthalten sind. Moderne Tenside wurden in der ersten H√§lfte des 20. Jahrhunderts entwickelt und haben das traditionelle Tensid Seife weitgehend verdr√§ngt. Beim Einsatz in der Lebensmitteltechnik werden Tenside als Emulgatoren bezeichnet.

Inhaltsverzeichnis

Eigenschaften

Tröpfchen eines Tensids in Wasser (Mizelle)
Tenside an der Wasseroberfläche
Tensid-√Ėl-Tr√∂pfchen in Wasser
Suspension: Tenside und Feststoffe
Schaumbläschen

Die Funktion der Tenside l√§sst sich durch ihren molekularen Aufbau erkl√§ren. Tenside bestehen allgemein aus einem hydrophoben (‚Äěwasserabweisenden‚Äú) Kohlenwasserstoffrest und einem hydrophilen (‚Äěwasserliebenden‚Äú) Molek√ľlteil; man sagt, sie sind amphiphil (‚Äěbeides liebend‚Äú). In den folgenden Abbildungen sind die ‚Äěwasserliebenden‚Äú Molek√ľlteile durch ein Minuszeichen oder einen roten Punkt gekennzeichnet.

Gibt man Tenside in Wasser, ordnen sich ab einer kritischen Konzentration die einzelnen Tensidmolek√ľle und bilden innerhalb des Wassers meist kleine Tr√∂pfchen, die Mizellen genannt werden. Dabei richten sich die Tensidmolek√ľle so aus, dass die hydrophoben Enden sich im Inneren der Tr√∂pfchen sammeln und die hydrophilen Enden sich in Richtung des Wassers anordnen. Bei hoher Konzentration an Tensid k√∂nnen sich auch wurmartige (engl. worm-like) Mizellen oder auch Tensiddoppelschichten bilden, die Wasser einkapseln.

An der Wasseroberfl√§che bilden die Tenside eine d√ľnne Schicht und senken damit die Oberfl√§chenspannung des Wassers. Auch hier ordnen sich die Tensidmolek√ľle an. Die hydrophilen Enden zeigen in Richtung des Wassers, die hydrophoben Enden ragen in Richtung der Luft.

  • Der Einfluss von Tensiden auf die Oberfl√§chenspannung kann einfach demonstriert werden: Man bringt auf eine Wasseroberfl√§che (ohne darin enthaltende Tenside) einen leichten Gegenstand (zum Beispiel eine Stecknadel) auf. Dieser wird im Normalfall nicht untergehen, sondern infolge der hohen Oberfl√§chenspannung vom Wasser getragen. Gibt man sodann kleine Mengen eines Tensids (zum Beispiel Sp√ľlmittel) hinzu, verringert sich die Oberfl√§chenspannung so stark, dass sie der Gewichtskraft nicht mehr entgegenwirken kann, die durch die h√∂here Dichte des aufgebrachten Gegenstandes auf die Wasseroberfl√§che wirkt: Der Gegenstand geht unter.

Tenside bewirken als Emulgatoren, dass zwei nicht miteinander mischbare Fl√ľssigkeiten (zum Beispiel √Ėl in Wasser) sich zu einer Emulsion vermengen k√∂nnen. Aufgrund amphiphilen Charakters des Tensids dringen sie mit ihrem fettl√∂slichen Teil in das √Ėl ein. Durch den hydrophilen Teil kann das nun durch R√ľhren entstandene √Ėltr√∂pfchen in der w√§ssrigen Umgebung ‚Äěin L√∂sung gehalten‚Äú werden.

Von Netzmitteln spricht man, wenn das Ziel des Einsatzes der Tenside nicht die Vermischung zweier Phasen ist, sondern die Herabsetzung der Grenzfl√§chenspannung zwischen einer festen Oberfl√§che und einer Fl√ľssigkeit. Wasser flie√üt, statt Tropfen zu bilden, leichter von einer Oberfl√§che ab. Im Fotolabor werden etwa Tenside als Netzmittel eingesetzt, um Trockenflecken auf Fotomaterialien nach der Schlussw√§sserung zu verhindern.

Tenside unterst√ľtzen das Abl√∂sen kleiner Feststoffteilchen von festen Oberfl√§chen, also etwa die Entfernung der Schmutzpartikel an Kleidungsst√ľcken. Die Feststoffteilchen werden im Wasser ‚Äěin der Schwebe gehalten‚Äú. Ihr Einsatz unterst√ľtzt die Bildung und den Erhalt einer sogenannten Suspension. Die Tenside lagern sich emulsions√§hnlich um die Feststoffteilchen an und hemmen das Zusammenklumpen, Absinken (= Sedimentieren) und erneute Anhaften an anderen festen Oberfl√§chen, die selbst mit einer ‚ÄěTensidschicht‚Äú belegt sind. Die mit dem Tensid ummantelten Feststoffteilchen bilden mit dem Wasser ein sogenanntes Kolloid. Als Dispergiermittel werden Tenside bezeichnet, die die festen Pigmente in einem (noch) fl√ľssigen Lack in der Schwebe halten.

Die Bildung von Schaum ist auf die Eigenschaften von Tensiden zur√ľckzuf√ľhren. Die Tensidmolek√ľle bilden einen aus zwei Schichten bestehenden Film, bei dem die hydrophoben Enden der Tenside die beiden Oberfl√§chen bilden. Die hydrophilen Enden weisen in den Film hinein. Eine starke Schaumentwicklung kann beim Einsatz oder bei Anwesenheit von Tensiden st√∂rend sein, weshalb Entsch√§umer Einsatz finden.

Anionische Tenside bilden mit Kationen der Erdalkalimetalle unl√∂sliche Niederschl√§ge, die im allgemeinen als Kalkseifen bezeichnet werden. Kalkseifen haben nicht mehr die oben dargestellten Eigenschaften der ‚Äěl√∂slichen‚Äú Tenside. Die Bildung der Kalkseifen ist auf die Wasserh√§rte zur√ľckzuf√ľhren. Werden Tenside als Detergentien verwendet, ist im Waschmittel ein Enth√§rter beigesetzt.

Struktur der Tenside

Alle Tenside sind aus einem unpolaren und einem polaren Teil (Funktionelle Gruppen) aufgebaut (→ Polarität). Als unpolarer Teil dient immer eine Alkylgruppe. Der polare Teil kann verschieden aufgebaut sein und ist in der Tabelle zusammengefasst.

Tenside hydrophile Gruppe(n)
nichtionische Tenside ‚ÄďOH (Alkohol, aber auch Zuckermolek√ľle) und ‚ÄďO‚Äď (Ether)
anionische Tenside ‚ÄďCOO‚ąí (Carboxylat), ‚ÄďSO3‚ąí (Sulfonat) oder ‚ÄďOSO3‚ąí (Sulfat)
kationische Tenside R4N+ (quartäre Ammonium-Gruppe)
amphotere Tenside
(zwitterionische Tenside)
meist ‚ÄďCOO‚ąí (Carboxylat) und R4N+ (quart√§re Ammonium-Gruppe)

H√§ufig wird versucht zwischen nat√ľrlichen und synthetischen Tensiden zu unterscheiden. Diese Unterscheidung ist nicht einfach und nicht immer sinnvoll. Ein nat√ľrlich vorkommendes Tensid ist beispielsweise Lecithin. Tenside nat√ľrlichen Ursprungs sind zum Beispiel Seifen, die aus nat√ľrlichen Rohstoffen (zum Beispiel Tierfetten) durch Verseifung hergestellt werden. Die Herstellung erfordert jedoch eine tiefgreifende chemische Reaktion. Synthetische Tenside werden aus dem Rohstoff wie Erd√∂l, aber auch Sonnenblumen√∂l durch zahlreiche chemische Reaktionen hergestellt. Wichtiger als der Ursprung eines Tensides ist jedoch seine biologische Abbaubarkeit. Tenside werden zwar regelm√§√üig auf ihr Vorkommen im Trinkwasser kontrolliert, nicht jedoch ihre teilweise erheblich giftigeren Abbauprodukte. Die gesundheitlichen Wirkungen von Tensiden sind bislang kaum erforscht.

Anwendung von Tensiden

Tenside in der Lebensmittelindustrie

Bestimmte Tenside werden als Emulgatoren oder Schaummittel in Lebensmittel eingesetzt. Die zugelassenen Lebensmittelzusatzstoffe sind hier gelistet.

Tenside in Waschmittel und Kosmetik

In Waschmitteln, Sp√ľlmitteln, Shampoos, Duschgels usw. finden Tenside Verwendung, um die ‚ÄěL√∂slichkeit‚Äú von Fett- und Schmutzpartikeln, die in der W√§sche oder am K√∂rper haften, in Wasser zu erh√∂hen. Sie bilden die wichtigste Komponente in Kosmetika, um fetthaltige Hautcreme herzustellen.

Tenside in der Biochemie

In der Biochemie werden Tenside unter anderem zur Denaturierung von Proteinen und zur Solubilisierung von Membranproteinen genutzt:[1]

Tenside in den Geowissenschaften

In Geologie und Pal√§ontologie werden Tenside oft zum schonenden Aufbereiten von Sedimentproben benutzt. Mithilfe dieser Methode kann beispielsweise verhindert werden, dass es in pyrithaltigen Proben zur Bildung von schwefliger S√§ure kommt, was der Fall w√§re wenn sie mit dem sonst zur Probenaufbereitung verwendeten Wasserstoffperoxid aufbereitet w√ľrden.

Tenside in der Technik

Kunststofftechnik

Eine spezielle Anwendung finden Tenside in der Kunststofftechnik. Hier werden w√§ssrige Tensidl√∂sungen eingesetzt, um die Anf√§lligkeit von polymeren Werkstoffen auf Spannungsrissbildung zu pr√ľfen. Weiterhin werden Tenside eingesetzt, um die Versagenszeit von Langzeitversuchen zu verk√ľrzen; insbesondere bei Risswachstumsversuchen an Polyethylen findet dies Anwendung. Beim Full Notch Creep Test zur Pr√ľfung von Polyethylen-Rohrleitungen werden Netzmittel eingesetzt.

Metallbearbeitung

Tenside sind hier Bestandteil in wassergemischten K√ľhlschmiermitteln.

Fotografie

Hier lassen sich Trocknungsflecken und Schlieren bei der Filmentwicklung verhindern.

Papierrecycling

Tenside helfen beim Papierrecycling zur Ablösung der Druckfarbenteilchen von den Papierfasern und beim Transport der Druckfarbe an die Oberfläche beim Deinking.

Werkzeugreinigung

Eine wichtige Rolle spielen sie auch bei der Werkzeugreinigung.

Tenside in der Natur

Bestimmte Raupen von Insekten bespucken Fressfeinde mit einem Tensid-haltigen Sekret. Dies wirkt abschreckend auf die angreifenden Ameisen und erm√∂glicht den Raupen die Flucht. Beobachtet wurde dieses Verhalten bei Raupen der der aus S√ľdostasien stammenden Mottenart Spodoptera exigua.

Tenside in der Brandbekämpfung

Eine Methode zur Brandbek√§mpfung ist das L√∂schen mit ‚Äěentspanntem Wasser‚Äú, auch bekannt als ‚ÄěNetzwasser‚Äú, d.¬†h. Wasser mit einer stark verringerten Oberfl√§chenspannung. Dies bringt zum einen den Vorteil mit sich, dass das L√∂schwasser besser in brennende Materialien wie Holz oder Stoff eindringen kann und somit einen noch besseren K√ľhleffekt nach sich zieht. Zum anderen kann mit oberfl√§chenaktiven Substanzen versetztes L√∂schwasser infolge deren Wirkung als Flie√üverbesserer bei gleicher Pumpleistung das Wasser √ľber eine gr√∂√üere Distanz gespritzt werden. Letzterer Effekt wird jedoch nicht bewusst genutzt. Spezielle Schaummittel (AFFF) zur Bek√§mpfung von Fl√ľssigkeitsbr√§nden enthalten perfluorierte Tenside, die zwischen Brandgut und Schaum einen gasdichten Fl√ľssigkeitsfilm ausbilden, der dem Schaumteppich gleichzeitig bessere Gleiteigenschaften verleiht und so ein L√∂schen von gr√∂√üeren Fl√ľssigkeitsbr√§nden erst erm√∂glicht.

Quellen

  1. ‚ÜĎ Calbiochem Booklet: Detergents (PDF)

Siehe auch

Weblinks


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