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Phasenumkehr

Phasenumkehr gibt es in der Elektrizität, wenn Plus- und Minusspannung einer Wechselspannung vertauscht werden (mehr dazu können Sie in der Wikipedia lesen). Experiment (Trick statt Phasenumkehrschaltung): Wenn Sie die Anschlussdrähte eines Ihrer Lautsprecher an der Stereoanlage vertauschen, produzieren Sie damit Gegenschall: eigentlich sollten Sie dann nichts mehr hören.

Phasenumkehr gibt es auch in der Galenik: Wenn eine Emulsion von O/W in W/O (oder umgekehrt) „umschlägt“. Phasenumkehr tritt bei der Cremeherstellung unvermeidlich auf, wenn die innere Phase vorgelegt und die äußere Phase nach und nach zugegeben wird – die „kontinentale Methode“. Klassisches Beispiel ist die Herstellung von Unguentum emulsificans aquosum nach DAB. Theoretisch sollte die Phasenumkehr dazu führen, dass besonders feine Tröpfchen entstehen. Im genannten Beispiel findet sie auch schlicht deswegen statt, weil Sie von Hand kaum eine zähe Masse wie Unguentum emulsificans in einen Überschuss Wasser einrühren können.

Während eines Herstellungsvorgangs mit Phasenumkehr haben Sie zuerst eine schöne Emulsion. Die Einarbeitung der äußeren Phase fällt zunehmend schwerer, bis die Emulsion schließlich bricht; wer das Phänomen nicht kennt, ist jetzt vermutlich entmutigt. Beherztes Weitermachen lässt dann wieder eine schöne Emulsion entstehen.

Auch bei der Butterherstellung findet eine Phasenumkehr statt. Emulsionen lassen sich normalerweise nicht kaputtrühren, der Trick besteht darin, dass der Rahm so abgekühlt wird, dass das Butterfett kristallisiert.

Emulsionen und Phasenumkehr

Wasser und Öl bilden keine stabilen Mischungen. Lösungsvermittler (auch Emulgatoren oder Tenside genannt) haben amphiphile Eigenschaften, anders gesagt ein hydrophiles und ein lipophiles "Ende".  Sie richten sich in Wasser oder Öl jeweils so aus, dass das "passende" Ende der äußeren Phase zugewandt ist. Kleine Mengen Emulgator sammeln sich an den Grenzflächen der Flüssigkeit. Wird mehr Emulgator zugefügt, bilden sich kugelförmige Mizellen. Bei weiterer Beladung entstehen auch lamellare Strukturen (hier nicht abgebildet). Durch Rühren lässt sich eine eigentlich nicht mischbare zweite Flüssigkeit als innere Phase in die Mizellen einbringen. Ob sich eine O/W oder eine W/O Emulsion bildet, hängt von den Mengenverhältnissen der beteiligten Stoffe und von den Eigenschaften des Emulgators ab. Mischungsdreiecke stellen diese Zusammenhänge dar. 

Stellen Sie sich vor, Sie beginnen mit einer Mischung aus Öl und Emulgator und fügen nach und nach Wasser zu. Zuerst bildet sich dann eine W/O-Emulsion, das Wasser landet im Inneren der Mizellen. Irgendwann wird der Wasseranteil so groß, dass dieser Zustand nicht mehr stabil ist. Bei weiterem Zufügen von Wasser bildet sich dann eine O/W-Emulsion, die Mizellen sind quasi "umgedreht".

Phasendreieck

Ein Phasendiagramm (oder Phasendreieck, oder Mischungsdreieck) zeigt die möglichen Zustände bei einer Mischung aus drei Komponenten. Phasendreiecke fallen je nach den beteiligten Komponenten unterschiedlich aus. Das abgebildete Dreieck ist stark vereinfacht. Es wird wie folgt gelesen: Die linke untere Spitze stellt reines Öl dar, die obere Spitze reines Wasser, die rechte untere Spitze reinen Emulgator. Mischungen aus Wasser und Öl (ohne Emulgator) laufen entlang der linken Kante, Mischungen aus Wasser und Emulgator entlang der rechten und Mischungen aus Öl und Emulgator entlang der unteren. Mischungen aus allen drei Komponenten sind im Innern des Dreiecks abgebildet. Im Beispiel entstehen bei eher höherem Wassergehalt O/W-Emulsionen (der gelbe Bereich), bei höherem Öl-Gehalt W/O-Emulsionen. Die Bereichsgrenzen sind unscharf, da im Grenzbereich instabile Systeme vorliegen.