Unter einer Emulsion versteht man ein fein verteiltes Gemisch zweier verschiedener (normalerweise nicht mischbarer) Flüssigkeiten. Die so genannte innere Phase (disperse Phase) liegt dabei in kleinen Tröpfchen verteilt in der so genannten äußeren Phase (Dispersionsmittel) vor. Emulsionen gehören somit zu den dispersen Systemen. Je nach Phasenlage spricht man von einer Wasser-in-Öl-Emulsion (W/O) oder einer Öl-in-Wasser-Emulsion (O/W). Beispiele für verbreitete Emulsionen sind zahlreiche Kosmetika, Milch, Majonäse. Außerdem gibt es noch multiple Emulsionen (W/O/W) und Mikroemulsionen.
Zur Stabilisierung von Emulsionen können grenzflächenaktive Substanzen (Emulgatoren, Tenside, ...) hinzugegeben werden; sie verhindern, dass sich das Gemisch wieder in seine Bestandteile trennt. Dieses so genannte "Brechen der Emulsion" erfolgt, da die große Grenzflächenenergie der großen Oberfläche der Grenzflächen durch Zusammenfließen der Tröpfchen verringert wird. Tenside verringern diese Grenzflächenenergie und stabilisieren somit die Emulsion.
Chemischer Vorgang einer Emulsion
Flüssigkeiten können entweder gut mit Wasser mischbar sein (diese Flüssigkeiten sind hydrophil und lipophob) oder sie können gut mit Öl mischbar sein (sie sind lipophil und hydrophob). Dies liegt daran das Wassermoleküle in Bezug auf Kräfte nur sogenannte Wasserstoffbrücken ausbilden, während Fettmoleküle nur Van-der-Waals-Kräfte ausbilden. Emulgatoren wie zum Beispiel Seife können diese Flüssigkeiten binden. Sie besitzen diese Eigenschaft, da die Moleküle der Emulgatoren einen polaren und unpolaren Teil besitzen. Der polare Teil kann Wasserstoffbrücken ausbilden und sich mit hydrophilen Stoffen verbinden, während der unpolare Anhang des Moleküls Van-der-Waals-Kräfte ausbildet und sich mit lipophilen Stoffen verbindet. Dies erklärt auch die gute Waschwirkung der Seife: Sie löst die Oberflächenspannung des Wassers und ermöglicht es auch Öl-lösliche Stoffe mit Wasser abzuwaschen. Bei Milch sind die Emulgatoren die enthaltenen Proteine.
Stabilität von Emulsionen
- Phase: Stabile Emulsion
beispielsweise Fetttröpfchen sind in der äußeren Phase (Wasser) dispergiert. - Phase: Aufrahmung (reversibel)
aufgrund der Erdanziehung sinkt das Wasser nach unten, die leichteren Fetttröpfchen steigen zur Oberfläche. - Phase: Aggregation (reversibel)
die Fetttröpfchen bilden Aggregate, der Teilchendurchmesser wird vergrößert, nach dem Stokes'schen Gesetz erhöht sie die Aufrahmgeschwindigkeit; die Fetttröpfchen steigen vermehrt zur Oberfläche. - Phase: Koalaszenz
die Fetttröpfchen fließen zusammen; die Emulsion ist "gebrochen".
Fotoemulsion
In der Fotografie bezeichnet man die auf einen Schichtträger aufgebrachte lichtempfindliche Schicht gemeinhin als Fotoemulsion. Im oben bezeichneten Sinne handelt es sich dabei aber um keine Emulsion, sondern um eine Suspension.