Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 29.04.15


Entschäumer für Cola in der Mensa

Vortrag von Lukas Neumeyer im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - OC", SS 2013


Gliederung:


Einführung. Jeder Student kennt die Situation: 12 Uhr, Mensa, knurrender Magen und lange Schlangen bei der Essensausgabe. Unnötigerweise kommt es zusätzlich noch zu Wartezeiten beim Getränkevollautomaten durch überschäumende Getränke, wie z.B. Cola oder Fanta. Es soll geklärt werden, wie es zur Entstehung von Schaum kommt, welche Stoffklasse dafür verantwortlich ist und ob das Überschäumen verhindert werden kann.


1 Schaumbildung

Schaum ist eine stabile Verteilung von Gas in einer Flüssigkeit.

Versuch: Einschenken von Wasser und Cola

Material
  • 2 Bechergläser 500mL
Chemikalien
  • Cola ca. 250mL
  • Mineralwasser ca. 250mL
Durchführung Zügiges Einschenken von Cola in Becherglas 1 und zügiges Einschenken von Mineralwasser in Becherglas 2

Der Versuch zeigt deutlich, dass es beim Einschenken von Cola zur Bildung von Schaum kommt. Diese Beobachtung kann bei Mineralwasser nicht gemacht werden. In der Cola sind Inhaltsstoffe enthalten, welche den Schaum stabilisieren. Dabei handelt es sich um alkylkettenbasierte Tenside. Charakteristisch für diese Stoffklasse ist, dass sie sowohl einen hydrophilen (wasserliebenden) als auch hydrophoben (wasserabstoßenden) Teil.


Abb. 1: anionisches Tensidmolekül (Seife)

Diese besondere Struktur ist ausschlaggebend für die Oberflächen- und Grenzflächenaktivität dieser Stoffe. An der Wasseroberfläche bilden die Tenside eine dünne Schicht. Ist die Oberfläche gesättigt, kommt es zur Bildung von Mizellen bzw. zur Anlagerung der Tenside an die Gasblase. Die hydrophilen Enden zeigen in Richtung des Wassers, die hydrophoben Enden in Richtung der Luft bzw. der Gasblase. Steigt eine Glasblase an die Wasseroberfläche kommt es zur Ausbildung einer Schaumlamelle, die durch eine Tensiddoppelschicht stabilisiert wird.


Abb. 2: Schaumbildung


2 Schaumzerstörung

Versuch: Zerstörung von Colaschaum

Material
  • 2 Bechergläser 500mL
Chemikalien
  • Cola ca. 500mL
  • Polydimethylsiloxan ca. 5mL
Durchführung In Becherglas 1 werden einige Tropfen Polydimethylsiloxan gegeben und gleichmäßig verteilt. Anschließend zügiges Einschenken der Cola. Becherglas 2 dient als Vergleich

Im Becherglas 1 wird eine Schaumbildung verhindert. Ein Entschäumertropfen dringt in die Schaumlamelle ein. An der Oberfläche kommt es zum Spreitvorgang, d.h. es bildet sich eine Entschäumerlinse an der Lamellenoberfläche. Diese verdrängt die Tenside, so dass es zur Destabilisierung und schließlich zum Platzen der Lamelle kommt.

Abb. 3: Zerstörung von Schaum

Als Entschäumer wird seltsamerweise wieder ein Tensid verwendet. Es unterscheidet sich jedoch stark von den herkömmlichen alkylkettenbasierten Tensiden, da es sowohl in Wasser als auch in Öl absolut unlöslich und somit sowohl hydro- als auch lipophob ist. Dies hat eine noch höhere Oberflächen- und Grenzflächenaktivität zur Folge. Polydimthylsiloxan (Silikonöl) erfüllt genau diese Eigenschaft. Es handelt sich um ein Polymer auf Siliciumbasis. Polydimethylsiloxan ist physiologisch indifferent und wird als Zusatzstoff E900 bei der Herstellung von Marmelade und Konfitüre bereits verwendet.


Abb. 4: Struktur von Polydimethylsiloxan


Zusammenfassung. Für die Bildung von Schaum ist die Oberflächenaktivität der alkylkettenbasierten Tenside verantwortlich. Beim Aufsteigen einer Gasblase entsteht eine durch eine Tensid-Doppelschicht stabilisierte Schaumlamelle. Diese kann aufgrund der Unlöslichkeit und enormen Oberflächenaktivität von Polydimethylsiloxan zerstört werden. Es bleibt noch zu klären warum diese Technologie noch nicht in der Praxis umgesetzt wird. Der vermutliche Grund dafür ist die Ekelvorstellung der Konsumenten, da keiner ein Getränk trinken möchte bei dem auf der Oberfläche einige kleine Tropfen Silikonöl schwimmen.


Literatur:

  1. Venzmer, J. (2008): Grenzflächenchemische Spezialitäten - Alltägliche Phänomene, in Chemie in unserer Zeit, 2008, 42, S.72-79
  2. Evonik Industries AG: Technischer Hintergrund Entschäumer. URL: http://www.tego.de/sites/dc/Downloadcenter/Evonik/Product/Tego/de/
    Veroeffentlichungen/Technischer-Background/entschaeumer.pdf  (17.06.2013)
  3. Omeis, J.: Additive: kleine Menge - große Wirkung. URL: http://www.aktuelle-
    wochenschau.de/2007/woche33/woche33.html  (17.06.2013)

E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 29.04.15