Grenzflächenaktive Substanzen, auch Tenside genannt, sind aus einem hydrophilen und einem hydrophoben Teil aufgebaut. Sie lagern sich bevorzugt an flüssigen Grenzflächen an und verringern deren Grenzflächenspannung. In der Praxis sind Tenside wichtig, um etwa eine gute Waschwirkung zu erzielen oder Emulgatoren für die Lebensmittelindustrie herzustellen.

Was sind Tenside?

Tenside sind grenzflächenaktive Stoffe, das heißt, sie verändern das Zusammenspiel von zwei, oft flüssigen, Stoffen an deren Grenzfläche. Im Englischen werden Tenside häufig als Surfactants bezeichnet.

Ein Tensid-Molekül besteht aus einer polaren Kopfgruppe und einer unpolaren Kohlenwasserstoffkette (vgl. Abbildung 2). Der polare Teil des Moleküls kann stark mit polaren Stoffen, wie etwa Wasser, wechselwirken. Daher nennt man diesen Teil des Moleküls auch hydrophil, also wasserliebend. Der unpolare Teil des Moleküls kann stark mit unpolaren Stoffen, wie etwa Öl, wechselwirken, daher nennt man ihn lipophil, also fettliebend, oder hydrophob, also wassermeidend.

Einteilung von Tensiden

Man kann Tenside unter anderem anhand ihrer Kopfgruppenladung klassifizieren:

• anionische Tenside besitzen eine negativ geladene Kopfgruppe
• kationische Tenside besitzen eine positiv geladene Kopfgruppe
• amphotere Tenside besitzen eine zwitterionische Kopfgruppe, welche sowohl positive als auch negative Ladungen aufweist
• nichtionische Tenside besitzen eine ungeladene, polare Kopfgruppe

Anlagerung von Tensiden an Grenzflächen

Aufgrund ihres zweigeteilten Aufbaus lagern sich Tenside bevorzugt an Grenzflächen an, wo sie energetisch günstige Bedingungen vorfinden. An einer Wasseroberfläche orientieren sich die Tenside beispielsweise so, dass die Kopfgruppe in das Wasser zeigt und die Kohlenwasserstoffkette in die Gasphase, etwa in die Umgebungsluft (vgl. Abbildung 3). Tenside können aufgrund ihres zweigeteilten Aufbaus mit beiden Phasen gute Wechselwirkungen eingehen. Sie dienen somit als Vermittler zwischen den Atomen oder Molekülen der beiden Phasen.

Wie Tenside die Grenzflächenspannung beeinflussen

Die Anlagerung von Tensiden an der Grenzfläche zweier Phasen hat Auswirkungen auf die Eigenschaften der Grenzfläche. Im Detail verringert sich bei der Zugabe von Tensiden die Grenzflächenspannung. Das heißt, dass weniger Energie nötig ist, um die Grenzfläche zu vergrößern. Die Zugabe von Tensiden erleichtert daher die Vermischung unpolarer und polarer Phasen.

Ein bekanntes Beispiel ist das einer Büroklammer in einem Wasserglas. In reinem Wasser kann eine vorsichtig platzierte Büroklammer aufgrund der hohen Oberflächenspannung von Wasser auf der Wasseroberfläche schwimmen. Gibt man ein Tensid hinzu – wie etwa Spülmittel oder Seife – sinkt die Oberflächenspannung und die Büroklammer geht unter.

So werden Tenside in der Praxis eingesetzt

In der industriellen Praxis ergeben sich aus der Senkung der Grenzflächenspannung durch die Zugabe von Tensiden vielseitige Anwendungen.

• Wasch- und Reinigungsmittel: Tenside helfen dabei, Schmutz und Fett von Oberflächen zu lösen.
• Emulgatoren für Lebensmittel und Getränke: Tenside stabilisieren Emulsionen in Lebensmitteln, wie etwa E 471 Mono- und Diglyceride von Speisefettsäuren um Margarine oder Eis herzustellen.
• Herstellung von Kosmetika und Körperpflegeprodukten: Tenside sind in Shampoos und Duschgels enthalten und dienen auch zur Herstellung von Wasser-Öl-Emulsionen für Cremes.
• Lacke, Farben und Tinten: Tenside verbessern die Benetzung und Verteilung von Farbstoffen und die Benetzung der Oberflächen.
• Pharmazeutische Formulierungen: Tenside werden als Hilfsstoffe in Medikamenten verwendet, um die Löslichkeit von Wirkstoffen zu erhöhen und deren Freisetzung zu kontrollieren.
• Pflanzenschutzmittel: Tenside verbessern die Benetzung und Verteilung von Pestiziden auf Pflanzenblättern.
• Bauindustrie für Betonzusatzmittel: Tenside werden als Betonzusatzmittel verwendet, um die Fließfähigkeit des Betons zu verbessern.
• Schweröl-Emulgatoren für Schmierstoffe und Kraftstoffe: Tenside werden in Schmierstoffen und Kraftstoffen verwendet, um Wasser und andere Verunreinigungen zu emulgieren.
• Textilindustrie: Tenside verbessern Fasereigenschaften in Hinblick auf ihre Benetzbarkeit als Vorbereitung für das Färben oder weitere Oberflächenbehandlungen.
• Entschäumung oder Schaumerzeugung in industriellen Prozessen: Tenside werden als Entschäumer oder Schaumerzeuger eingesetzt, um die Bildung von Schaum in verschiedenen industriellen Prozessen zu reduzieren oder zu steigern.
• Metallverarbeitung und Oberflächenbehandlung: Tenside werden in der Metallverarbeitung verwendet, um eine gleichmäßige Benetzung und Entfettung der Metalloberflächen vor der Weiterverarbeitung zu erreichen.
• Tertiäre Erdöl Förderung (EOR): Tenside werden eingesetzt, um Erdöl aus Gesteinsschichten herauszuwaschen.