Tenside

Tenside, lateinischen tensus (von tendere - spannen, straff anziehen), sind Substanzen, die auf die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit oder auf die Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen herabsetzen und die Bildung von Dispersionen ermöglichen oder unterstützen.

Tenside bewirken, dass zwei eigentlich nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Öl und Wasser, fein vermengt werden können. Unter Tensiden versteht man in der Regel waschaktive Substanzen, die in Waschmitteln, Spülmitteln, und Shampoos enthalten sind. Sie wurden in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts entwickelt und haben das traditionelle Tensid Seife weitgehend verdrängt. Beim Einsatz in der Lebensmitteltechnik werden Tenside als Emulgatoren bezeichnet.

Eigenschaften

Micellen.png Oberflächenschicht.PNG Die Funktion der Tenside lassen sich durch ihre molekularen Aufbau erklären. Tenside bestehen allgemein aus einem hydrophoben, wasserabweisenden Kohlenwasserstoffrest und einem hydrophilen, in "wasserliebenden" Molekülteil; man sagt, sie sind amphiphil.

Gibt man Tenside in Wasser, ordnen sich die einzelnen Tensidmoleküle an und bilden innerhalb des Wassers sehr kleine Tröpfchen, die Mizellen genannt werden. Dabei richten sich die Tensidmoleküle so aus, dass die hydrophoben Enden sich im inneren der Tröfpchen sammeln und die hydrophilen Enden sich in Richtung des Wassers anordnen. An der Wasseroberfläche bilden die Tenside eine dünne Schicht und senken damit die Oberflächenspannung des Wassers. Auch hier ordnen sich die Tensidmoleküle an. Die hydrophilen Enden ragen in Richtung des Wassers, die hydrophoben Enden ragen in Richtung der Luft.

Der Einfluss von Tensiden auf die Oberflächenspannung kann durch ein einfaches Experiment demonstriert werden: man bringt auf eine Wasseroberfläche (ohne darin enthaltende Tenside) einen leichten Gegenstand (z.B. eine Stecknadel) auf. Dieser wird im Normalfall nicht untergehen, sondern infolge der hohen Oberflächenspannung von Wasser getragen. Gibt man sodann kleine Mengen eines Tensids (z. B. Spülmittel) hinzu, verringert sich die Oberflächenspannung so stark, dass sie der durch die höhere Dichte des aufgebrachten Gegenstandes auf die Wasseroberfläche wirkenden Gewichtskraft nicht mehr entgegenwirken kann und der Gegenstand geht unter.

TensidOel.png Wirkung als Emulgator: Tenside bewirken, dass zwei nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten (zum Beispiel Öl in Wasser) sich zu einer Emulsion vermengen können. Aufgrund amphiphilen Charakters des Tensids dringen sie mit ihrem fettlöslichen Teil in das Öl ein. Durch den hydrophilen Teil kann das nun durch Rühren entstandene Öltröpfchen in der wässrigen Umgebung "in Lösung gehalten" werden.

TensidUndFeststoffe.png Von Netzmitteln spricht man, wenn das Ziel des Einsatzes der Tenside nicht die Vermischung zweier Phasen ist, sondern die Herabsetzung der Grenzflächenspannung zwischen einer festen Oberfläche und einer Flüssigkeit ist. Wasser fließt, statt Tropfen zu bilden, leichter von einer Oberfläche ab. Im Fotolabor werden Tenside als Netzmittel eingesetzt, um Trockenflecken auf Fotomaterialien nach der Schlusswässerung zu verhindern.

Tenside unterstützen das Ablösen von kleinen Feststoffteilchen von einer anderen, festen Oberflächen, also z.B. die Ablösung von Schmutzpartikel von Kleidungsstücken. Die Feststoffteilchen werden im Wasser "in der Schwebe gehalten". Es unterstützt die Bildung und Erhalt einer so genannten Suspension. Die Tenside lagern sich ähnlich wie bei einer Emulsion um die Feststoffteilchen an und hemmen das Zusammenklumpen, Absinken (= Sedimentieren) und das erneute Anhaften an anderen festen Oberflächen, die selbst mit eine "Tensidschicht" belegt sind. Die mit den Tensid ummantelten Feststoffteilchen bilden mit dem Wasser ein sogenanntes Kolloid.

Schaumbläschen.png Die Bildung von Schaum ist auf die Eigenschaften von Tensiden zurückzuführen. Die Tensidmoleküle bilden einen aus zwei Schichten bestehenden Film, bei dem die hydrophilen Enden der Tenside die beiden Oberflächen bilden. Die hydrophoben Enden weisen in den Film hinein. Eine starke Schaumentwicklung kann beim Einsatz oder Anwesenheit von Tensiden störend sein, weshalb Entschäumer Einsatz finden.

Anionische Tenside bilden mit Kationen der Erdalkalimetalle unlösliche Niederschläge, die im allgemeinen als Kalkseifen bezeichnet werden. Kalkseifen haben nicht mehr die oben dargestellten Eigenschaften der "löslichen" Tenside. Die Bildung der Kalkseifen ist auf die Wasserhärte zurückzuführen. Werden Tenside als Detergentien verwendet, ist im Waschmittel ein Enthärter beigesetzt.

Struktur der Tenside

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

Tenside	polare Gruppe(n)
nichtionische Tenside	-OH (Alkohol) und -O- (Ether)
anionische Tenside	-COO^-(Carboxylat), -S0₃^-(Sulfonat) und -S0₄^2-(Sulfat)
kationische Tenside	immer eine quarternäre Ammonium-Einheit
amphotere Tenside (zwitterionische Tenside)	meist -COO^-(Carboxylat) und ein quarternäre Ammonium-Einheit

Häufig wird versucht zwischen natürlichen und synthetischen Tensiden zu unterscheiden. Diese Unterscheidung ist nicht einfach und nicht immer sinnvoll. Ein natürlich vorkommendes Tensid ist z.B. Lecithin. Tenside natürlichen Ursprungs sind zum Beispiel Seifen, die aus natürlichen Rohstoffen (zum Beispiel Tierfetten) durch Verseifung hergestellt werden. Die Herstellung erfordert jedoch eine tief greifende chemische Reaktion. Synthetische Tenside werden aus dem Rohstoff wie Erdöl, aber auch Sonnenblumenöl durch zahlreiche chemische Reaktionen hergestellt. Wichtiger als der Ursprung eines Tensides ist jedoch seine biologische Abbaubarkeit.

Anwendung von Tensiden

Tenside Waschmittel und der Kosmetik

In Waschmitteln, Spülmitteln, Shampoos, Duschgels u.s.w finden Tenside Verwendung, um die "Löslichkeit" von Fett- und Schmutzpartikeln, die in der Wäsche oder am Körper haften, in Wasser zu erhöhen. Sie bilden die wichtigste Komponente in Kosmetika, um fetthaltige Hautcreme zu erstellen.

Tenside in der Technik

Kunststofftechnik: Eine Spezialanwendung finden Tenside in der Kunststofftechnik. Dabei werden wässrige Tensidlösungen eingesetzt, um die Anfälligkeit von polymeren Werkstoffen für Spannungsrissbildung zu prüfen. Weiterhin werden Tenside eingesetzt, um die Versagenszeit von Langzeitversuchen zu verkürzen; insbesondere bei Risswachstumsversuchen an Polyethylen findet dies Anwendung (z.B.: Full Notch Creep Test für die Prüfung von PE-Typen die für Rohrleitungen eingesetzt werden).

In der Kunststofftechnik sind vor allem die folgenden Netzmittel gebräuchlich:

Arkopal N100, N110 und N150
Igepal CO630
Teepol

Metallbearbeitung: Bestandteil in wassergemischten Kühlschmiermitteln

Tenside in der Brandbekämpfung

Eine Methode zur Brandbekämpfung ist das Löschen mit "entspanntem Wasser", d. h. Wasser mit einer stark verringerten Oberflächenspannung. Dies bringt zum einen den Vorteil mit sich, dass das Löschwasser besser in brennende Materialien wie Holz oder Stoff eindringen kann und somit eine noch besseren Kühleffekt nach sich zieht. Zum anderen kann mit oberflächenaktiven Substanzen versetztes Löschwasser infolge deren Wirkung als Fließverbesserer bei gleicher Pumpleistung das Wasser über eine größere Distanz gespritzt werden.

Weblinks

Chemikaliengruppe | Reinigungsmittel | Waschmittel | Löschmittel