Dispersion

In der Kolloidchemie und Verfahrenstechnik bezeichnet Dispersion ein heterogenes Gemisch aus mindestens zwei Stoffen, die sich nicht oder nur in sehr geringem Maße ineinander lösen oder chemisch miteinander reagieren. Der Begriff leitet sich vom lateinischen dispergere ab, was „verteilen“ oder „zerstreuen“ bedeutet. Charakteristisch ist, dass ein Stoff – die sogenannte disperse Phase – fein verteilt in einem anderen Stoff, dem Dispersionsmedium, vorliegt.

In der chemischen Systematik zählt die Dispersion zu den Gemischen und steht neben Lösungen als eigene Stoffklasse. Sie wird synonym auch als Kolloid bezeichnet, wobei dieser Begriff besonders dann verwendet wird, wenn die Teilchengröße im kolloidalen Bereich liegt.

Aufbau und Eigenschaften disperser Systeme

In einer Dispersion existiert mindestens eine sogenannte disperse Phase, die innerhalb eines Dispersionsmediums verteilt ist. Die Phasen sind in der Regel physikalisch voneinander trennbar – beispielsweise durch Zentrifugation, Filtration oder Sedimentation. Die klare Trennung ist ein wesentliches Merkmal heterogener Systeme.

Synonyme für die disperse Phase sind unter anderem dispergierte Phase, innere Phase oder Nebenphase. Das Dispersionsmedium wird ebenfalls als Dispergens, Dispersionsmittel oder äußere Phase bezeichnet. In der Praxis ergibt sich daraus eine Vielzahl an Kombinationen, je nach Aggregatzustand der beiden Komponenten.

Klassifikation nach Teilchengröße

Disperse Systeme lassen sich anhand der Größe der verteilten Teilchen einteilen. Dabei unterscheidet man grob drei Kategorien:

Molekulardisperse Systeme enthalten extrem kleine Teilchen unter einem Nanometer. Eine sichtbare Trennung zwischen den Phasen ist hier nicht möglich, mechanische Trennverfahren wie Nanofiltration kommen zum Einsatz.

Im Bereich von 1 Nanometer bis 1 Mikrometer spricht man von kolloiddispersen Systemen. Die Grenzen zwischen Phase und Medium sind mit speziellen Mikroskopen erkennbar, oft tritt die Brownsche Molekularbewegung auf. Hierzu zählen viele Proteinlösungen.

Gröber verteilte Systeme mit Teilchengrößen über einem Mikrometer lassen sich meist sogar mit dem bloßen Auge erkennen. Diese grobdispersen Systeme sind zum Beispiel Suspensionen wie naturtrüber Apfelsaft oder Gletschermilch.

Aggregatzustände: Die Vielfalt der Dispersionen

In der Chemie unterscheidet man Dispersionen nicht nur nach der Teilchengröße, sondern auch nach den Aggregatzuständen der beiden beteiligten Phasen. Entscheidend ist dabei, in welchem Zustand sich die disperse Phase (der verteilte Stoff) und das Dispersionsmedium (das umgebende Medium) befinden. Aus diesen Kombinationen ergeben sich verschiedene Dispersionsarten mit teils sehr unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und praktischen Anwendungen.

Je nachdem, welche Aggregatzustände vorliegen, entstehen typische Systeme wie Emulsionen (z. B. Milch, Öl-in-Wasser), Schaum (Gas in Flüssigkeit wie bei Schlagsahne), Suspensionen (Feststoffe in Flüssigkeit wie bei naturtrübem Saft) oder Aerosole, bei denen Flüssigkeiten oder Feststoffe in Gasen fein verteilt sind – etwa Nebel oder Rauch. Auch poröse Festkörper zählen dazu, wenn beispielsweise ein Gas in einem festen Träger eingeschlossen ist, wie bei Bimsstein oder Porenbeton. Eine Besonderheit stellen Gasmischungen dar: Sie gelten mikroskopisch als homogen und sind daher keine Dispersionen im engeren Sinn.

Die grafische Matrix macht deutlich, dass jede denkbare Kombination physikalisch möglich ist – jedoch nicht immer chemisch stabil oder dauerhaft. Manche Systeme entmischen sich schnell (z. B. Schaum), andere bleiben über längere Zeit stabil, vor allem durch den Zusatz von Emulgatoren oder Stabilisatoren.

Beispiele für Dispersionen im Alltag

Dispersionen begegnen uns in unterschiedlichsten Formen und Kontexten, sei es in der Natur, im Alltag oder in industriellen Prozessen. So gilt Milch als klassisches Beispiel einer komplexen Dispersion: Das Milchfett liegt emulgiert vor, während das enthaltene Kasein in der Flüssigkeit suspendiert ist. Auch Kakao als Getränk zählt dazu, da feine Feststoffpartikel in einer Flüssigkeit verteilt sind. Blut wiederum stellt ein sogenanntes Biofluid dar, in dem Erythrozyten als feste Bestandteile durch die flüssige Blutplasma-Phase transportiert werden. In Marmelade, Scheuermilch oder naturtrübem Apfelsaft finden sich grobdisperse Strukturen, ebenso wie in Gletschermilch oder Kalkmilch, die als typische Suspensionen auftreten.

In der Atmosphäre lässt sich der Dispersionsbegriff auf Nebel oder Rauch anwenden: Flüssigkeitströpfchen oder feine Feststoffe sind dort in einem Gas, meist Luft, verteilt. Auch meteorologische Phänomene wie Regen, Schneefall oder Wolken lassen sich so einordnen, ebenso wie der feine Staub beim Sandstrahlen oder die Partikelbelastung durch Feinstaub.

Technisch und baulich relevant sind Feststoffgemische wie Granit, Konglomerat oder Beton, in denen unterschiedliche feste Substanzen miteinander kombiniert sind. Pigmente in ausgehärteten Farben gehören ebenfalls in diese Kategorie. In porösen Festkörpern, etwa in feuchtem Backstein oder nassem Badeschwamm, sind Flüssigkeiten im Inneren eines festen Trägermaterials eingeschlossen. Auch Trübungen in Bernstein gehören in diese Klasse.

Im kosmetischen und pharmazeutischen Bereich treten häufig Emulsionen auf, etwa in Lotionen, Hautcremes oder in Butter. Gleiches gilt für Gele und Leime, bei denen Makromoleküle in einem Lösungsmittel verteilt sind. Mizellenstrukturen finden sich beispielsweise in Seifenlösungen oder bei bestimmten Farbstoffen.

Schaum wiederum, wie man ihn bei ausperlendem Sekt, Colaschaum, Schlagsahne oder Löschschaum beobachten kann, besteht aus Gasblasen in einer Flüssigkeit. Wird das Gas in einem festen Material eingeschlossen, entstehen feste Schäume wie Porenbeton, Schaumstoff oder Metallschaum – auch Eis mit eingeschlossenen Luftblasen zählt dazu. Selbst biologische Verbundsysteme wie Knochen, bei denen Apatit als Feststoff in einer kollagenen Matrix eingebettet ist, gelten als sogenannte Biokolloide.

Der vorliegende Text stellt eine vollständig überarbeitete und neu strukturierte Fassung des Wikipedia-Artikels „Dispersion (Chemie)“ dar. Er unterliegt der Lizenz CC BY-SA 3.0 und enthält keine inhaltlichen Ergänzungen über die Originalquelle hinaus. Stand: 27.03.2025