Waschmittel
Täglich benutzen wir es für unsere Körperhygiene, zum Wäschewaschen oder zum Geschirr spülen – das Waschmittel, die Seife und das Schampoo. Die chemische Basis für all diese Mittel ist sehr ähnlich, deshalb sollen diese Zubereitungen hier zusammen abgehandelt werden. Wie funktionieren diese Stoffe? Diese Frage sucht der Artikel zu beantworten.
Die chemische Grundlage der Seife sind die Tenside. Solche Moleküle bestehen aus einer geladener Kopfgruppe und einen hydrophoben Schwanz. Die Kopfgruppen werden von umherschwimmen den Wassermolekülen hydratisiert, die Schwanzgruppen stoßen das Wasser ab. Generell unterscheidet man zwischen anionischen (negativ geladen), kationischen (positiv geladen) und amphoteren Tensiden (positiv und negativ geladen). Ferner gibt es noch nichtionische Tenside, diese spielen aber bei Waschmitteln keine Rolle. Abbildung 1 stellt die verschiedenen Tenside dar.
Abb. 1: Übersicht über die Tensidklassen /1/
Die Stoffklasse der Tenside vereint zwei völlige gegensetzliche Verhalten in Lösungsmittel wie Wasser. Die Kopfgruppe wird von den polaren Wasser umgeben (siehe eigenen Beitrag Wasser in der Rubrik Natur), währen die Schwanzgruppe das Wasser abstösst. Um diesen Zwang zu umgehen, habe die Tenside eine besondere Strategie entwickelt. Zeigen wir erst mal wie sich die Tenside an der Wasseroberfläche verhalten.
Abb. 2: Organisierung von einem kationionischen Tensid an der Grenzfläche Luft / Wasser. Die geladenen Köpfe befinden sich im Wasser, die hydrophoben Schwanzgruppen zeigen zur Luft. So bildet sich an der Grenzfläche eine Art Haut aus.
Aber auch in dem Wasser haben die Tenside eine Strategie, den Zwang der elektrostatischen Kräften zu umgehen, sie bilden Mizellen. Um diesen Verbund zu erlangen, muss die Konzentration eine gewisse Schwelle überschreiten. Diese Konzentration wird auch als kritische kritische Mizellbildungskonzentration (engl. critical micelle concentration, CMC). Oberhalb dieser Konzentration liegen die Tenside als Mizellen vor. Dies ist notwendig, damit das Waschmittel seine Wirkung entfalten kann. Beim Vorhandensein von Mizellen ändern sich einige Eigenschaften des Systems, wie zum Beispiel die Oberflächenspannung, der Kontaktwinkel sowie der Brechungsindex. Abbildung 3 zeigt eine solche Mizelle.
Abb. 3: Organisation der Tensiden in Wasser. Die geladenen Kopfgruppen zeigen zum Wasser, die hydrophoben Gruppen zeigen zum Inneren der Mizelle.
In unpolaren Lösingsmitteln, wie zum Beispiel Dodecan oder auch Olivenöl, bilden die Tenside so genannten inversen Mizellen, wobei die Schwanzgruppen zur Lösung und die Kopfgruppen zum Kern zeigen.
Nun gut, berechtigt bleibt die Frage, was diese Mizellen mit dem Schmutz und Waschen zu tun haben? Prinzipiell ist es wie mit allen Chemikalien, sie sind entweder hydrophil („wasserliebend“)oder hydrophob („wassermeidend oder fettliebend“). Mit hydrophilen Schmutz gibt es keine Probleme, es kann ganz einfach mit Wasser beseitigt werden. Und für den hydrophoben Schmutz (der klassische Ölfleck) gibt es die Tenside. Ihr Kern ist ja wie oben diskutiert hydrophob. Die Tensidmizelle nimmt den Schmutz auf, bewegt ihn ihr Zentrum und beseitigt so den Schmutz. Abbildung 4 zeigt, wie so eine Mizelle den Schmutz aufnimmt.
Abb. 4: Mizelle mit Schmutzpartikel im Kern einer Tensidmizelle
/1/ VCI: Folienserie des Fonds der Chemischen Industrie Nr. 14, Frankfurt, 1987.
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