Tenside

Tenside sind so genannte oberflächenaktive Substanzen, weil sie durch Adsorption an Ober- oder Grenzflächen die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten bzw. die Grenzflächenspannung von Zweiphasensystemen senken.

Hintergrund

Struktur

Strukturelle Gemeinsamkeit der meisten Tenside ist das Vorhandensein mindestens eines (unpolaren) hydrophoben und mindestens eines (polaren) hydrophilen Bereichs. Aufgrund der Kettenlängenunterschiede bei vielen Tensiden wird häufig von einem hydrophilen „Kopf“ und einem hydrophoben „Schwanz“ gesprochen.

schematische Struktur eines Tensids

Bei der Adsorption an der Grenzfläche ragt der Bereich mit geringerer Affinität zur umgebenden Phase aus der Grenzfläche heraus, während der Bereich mit größerer Affinität sich zur Volumenphase hin ausrichtet. Am häufigsten kommen Tenside in Wasser als umgebende Phase zur Anwendung, so dass die hydrophobe Gruppe die nach außen gerichtete ist.

Tenside werden nach der Beschaffenheit der hydrophilen Gruppe kategorisiert:

  • Anionische Tenside: Verbindungen mit einer anionischen Gruppe (z.B. Carboxylate oder Sulfonate), oft als Alkalimetallsalz.
  • Kationische Tenside: Verbindungen mit einer kationischen Gruppe, z.B. quartäre Amine.
  • Ampholytische Tenside: Verbindungen mit einer anionischen und einer kationischen Gruppe; häufig Carboxylat- und quartäre Amingruppe.
  • Nichtionische Tenside: Verbindungen mit nichtionischen, polaren Gruppen wie Alkohol, Ether oder Ethoxylat.

Wirkungsweise

Die Oberflächenspannung kommt dadurch zustande, dass für die Moleküle einer Flüssigkeit der Aufenthalt in der Volumenphase gegenüber dem Aufenthalt an einer Ober- oder Grenzfläche energetisch bevorzugt ist. Im Gegensatz dazu ist für Tenside aufgrund ihrer Struktur der Aufenthalt an der Grenzfläche günstiger, so dass bei Anwesenheit von Tensiden die zur Bildung der Oberfläche notwendige Arbeit (= Oberflächenspannung) verringert wird.
Bei vollständiger Belegung der Oberfläche mit Tensidmolekülen bilden sich in der Volumenphase Aggregate, so genannte Mizellen. Mizellen können Stoffe einbinden, die nicht in der umgebenden Flüssigkeit löslich sind (z.B. Öl in Wasser). Darauf beruht die Wirkung von Tensiden z.B. beim Waschen.

Die Übergangskonzentration, bei der sich Mizellen zu bilden beginnen, wird als Kritische Mizellbildungskonzentration (CMC) bezeichnet. Die CMC ist eine wichtige Kenngröße für Tenside.

Bedeutung

In der Industrie sind Tenside von immenser Bedeutung. Sie werden überall eingesetzt, wo der Kontakt zwischen verschiedenen Phasen oder deren Durchmischung verbessert werden soll: bei der Reinigung, Benetzung und Beschichtung, beim Emulgieren, Dispergieren oder Fluten. Tenside sind außerdem für die Bildung von Schaum verantwortlich.

Die grenz- und oberflächenaktive Wirkung von Tensiden und die CMC werden mit Hilfe von Tensiometern gemessen. Die Auswirkungen der Tensidzugabe auf die Benetzung fester Oberflächen werden durch Messung des Kontaktwinkels untersucht.