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Physikochemie: Seife mit Schalter

Wer Wasser und Öl mischen möchte, bringt die beiden nur mit Hilfe von Tensiden zusammen. Sie anschließend wieder zu trennen, ist weit schwieriger. Eine neue Variante der oberflächenaktiven Substanzen macht die Aufgabe leichter. Sie kann ganz einfach an- und ausgeschaltet werden.
Schaum
Eine gute Soße ist ein Kunstwerk. Eines, das niemals gelingen könnte, wären da nicht helfende Substanzen, die als physikochemische Zwitterwesen mit ihrem einen Ende das Wasser umschmeicheln und mit dem anderen die fettigen Zutaten. Und so geben seit Jahrhunderten Köche fleißig Eier in ihre Sauce Hollandaise und Maler in ihre selbstgerührten Ölfarben, weil das Lezithin der Eier zusammenbringt, was sich sonst so gar nicht leiden mag.

Während das späte Schicksal der Soße sich im Magen unter reichlich drastischen Bedingungen erfüllt, und die Mischung der Farbpigmente auf Gemälden erst mit dem Verdünsten der flüssigen Komponente ein Ende findet, wünscht die moderne Industrie sich für ihre Mixturen bedeutend sanftere Übergänge in deutlich kürzeren Zeiträumen. Sie setzt dann auf Emulsionen, wenn kleine Festkörperchen während der Synthese nicht verklumpen sollen, die reinen Stoffe zu zähflüssig sind oder ganz einfach der fettige Dreck von irgendwelchen Geräten soll. Einmal schnell mischen und anschließend gleich wieder möglichst umweltverträglich trennen – so sieht der ideale Ablauf aus.

Doch von diesem Ideal ist man bislang ein gutes Stück entfernt. Denn die verbindenden Stoffe, die Tenside, hängen fest an wässrigen wie fettigen Bestandteilen und lassen nur schwer trennen, was getrennt gehört. Darum suchen Chemiker nach Verfahren, die Tenside auszuschalten, woraufhin die Emulsion auseinanderfällt. Sie zerschneiden die Moleküle chemisch, was nur mit relativ aggressiven Substanzen geht. Sie bestrahlen die Moleküle mit Licht, das jedoch kaum in die trüben Emulsionen eindringt. Sie greifen zu elekrochemischen Schaltern, die allerdings entweder sehr teuer oder sehr giftig sind. Der heilige Gral auf diesem Gebiet wäre ein Tensid, das mit einem billigen und harmlosen Mittel an- und ausgeschaltet werden könnte.

Und genau so einen Stoff haben Wissenschaftler um Philip Jessop von der Queen's University im kanadischen Kingston nun gefunden. Ihre Wunderwaffe besteht aus einem langkettigen Kohlenwasserstoffschwanz, der den Kontakt zu fettigen Substanzen sucht, und einem Kopfteil mit einer Amidingruppe. Bei diesen handelt es sich um ein Kohlenstoffatom, an dem zwei Stickstoffatome hängen, eines davon über eine Doppelbindung. Bereits in früheren Versuchen hatten die Forscher herausgefunden, dass die Amidingruppe in Anwesenheit von Wasser und Kohlendioxid ionisiert wird. Die Austreibung des Kohlendioxids mit einem Edelgas oder einfach Luft machte die Ionisation wieder rückgängig. Während die ionische Form der Gruppe gut wasserlöslich ist, zeigt ihre neutrale Form keine größere Affinität zu Wasser.

In Tests mit Gemischen aus Wasser und Hexadekan oder Rohöl zeigte sich, dass die Amidinverbindungen tatsächlich praxistaugliche oberflächenaktive Substanzen mit eingebautem Schalter sind. Schüttelten die Wissenschaftler Kohlendioxid hinein, verbanden sich die so unterschiedlichen Komponenten zu einer Emulsion, die über Stunden hinweg stabil blieb. Bliesen sie jedoch Luft hindurch, trennten sich die Phasen innerhalb weniger Stunden wieder. Und bei Bedarf konnte mit neuem Kohlendioxid wieder emulgiert werden.

Luft und Kohlendioxid – billigere und ungefährlichere Schalter kann sich die Industrie kaum wünschen. Ob Reinigung von Ölpipelines oder Produktion von Hautcremes, die neuen Schalttenside könnten ganz schnell ihren Weg vom Labor in die Anwendung finden. Bloß die Soßen-Küche werden sie bestimmt nicht erobern. Denn hier sind wir mit dem Lezithin aus Eiern oder Sojabohnen bislang recht gut und schmackhaft gefahren.

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