Jeder hat schon einmal die Oberflächenspannung von Wasser beobachtet. Der Effekt wird sehr eindrucksvoll durch Wasserläufer demonstriert, die auf der glatten Oberfläche eines Tümpels hin und her huschen, ohne zu versinken.

Was ist Oberflächenspannung?

Oberflächenspannung ruft den Eindruck hervor, dass auf einer ruhigen Wasseroberfläche eine Art Haut oder dünne Folie gespannt ist, die unter Spannung steht. In physikalischen Experimenten wird die Oberflächenspannung demonstriert, indem beispielsweise Büroklammern oder Rasierklingen auf das Wasser gelegt werden und dort schwimmen, obwohl sie aus Metall bestehen, wesentlich dichter als Wasser sind und eigentlich untergehen müssten. Stattdessen dellt sich die Oberfläche ein und trägt sie.

Das passiert, weil sie unter Spannung steht. Wasser besteht aus Molekülen, die untereinander eine starke Bindung haben. Ein Ende des Moleküls ist leicht positiv und das andere Ende negativ geladen. Die Enden mit unterschiedlicher Ladung ziehen sich an. An der Oberfläche des Wassers haben die Wassermoleküle keine Nachbarn und werden verstärkt nach innen gezogen. Dadurch entsteht eine Spannung. Jede Flüssigkeit ist bestrebt, eine möglichst kleine Oberfläche einzunehmen. Durch diesen Effekt formen sich die Wassertropfen.

Wie wirkt Spülmittel?

Spülmittel haben einen weitaus komplexeren Aufbau als Wasser. Der wichtigste Bestandteil der Spülmittel sind Stoffe, die Tenside genannt werden. In der Umgangssprache werden Tenside auch Seifen genannt. Die Moleküle dieser Tenside haben eine Struktur aus 2 Enden mit unterschiedlichen Eigenschaften. Ein Ende ist hydrophil (wasserfreundlich). Es lagert sich auf der Wasseroberfläche ab und drängt sich zwischen die Wassermoleküle. Das andere Ende ist wasserabweisend (hydrophob) und ragt nach oben. Weil sich das hydrophile Ende des Tensids zwischen die Wassermoleküle schiebt, drückt es diese auseinander. Dadurch verringern sich die Bindungskräfte und die Oberflächenspannung wird aufgehoben oder zumindest stark geschwächt. Schon ein kleiner Tropfen Spülmittel kann die Oberflächenspannung um mehr als 70 Prozent verringern.

Wie wird dieser Effekt der Spülmittel ausgenutzt?

Ganz allgemein zur Reinigung. Wasser ohne Spülmittel oder andere Zusätze ist kein gutes Reinigungsmittel. Es kann höchsten wasserlösliche Substanzen wie Salz oder Zucker entfernen. Bei Fetten und Schmutz versagt es jedoch. Diese Substanzen sind wasserabweisend, so dass das Wasser erst gar nicht an sie heran kann. Durch die Zugabe von Spülmittel oder anderen Tensiden (Stoffe mit ähnlicher Molekülstruktur) wird die Oberflächenspannung des Wassers verringert. Dadurch können die Wassermoleküle zum Schmutz durchdringen und ihn ablösen.

Dieser Effekt wird unter anderem beim Wäschewaschen, Geschirrspülen oder Duschen bzw. Baden genutzt. Durch warmes Wasser wird die Wirksamkeit noch erheblich gesteigert. Ohne Zugabe von Tensiden wäre eine Reinigung mit Wasser kaum möglich.
Tenside sind heute zwar Produkte der chemischen Industrie, kommen aber auch in der Natur in geringen Mengen in manchen Pflanzen vor, beispielsweise in Seifenbaum-Gewächsen oder Seifenkraut. Bezeichnenderweise trägt letzteres deswegen auch den Namen Waschwurz.