Seifenblasen und Schaumkronen

Träume sind Schäume, sagt man. Denn genau wie die Erinnerung an einen Traum nach dem Aufwachen mehr oder weniger rasch verblasst, zerfallen auch die Bläschen des Schaums in der Badewanne und der Milchschaum auf der heissen Schoggi. Aber hast du dir schon einmal überlegt, warum sich manche Flüssigkeiten aufschäumen lassen, andere aber nicht?

Seifenschaum

Bild: CanStockPhoto

Schäume sind faszinierende Gebilde. Gemäss Wörterbuch bezeichnet man als „Schaum“ eine Masse von aneinanderhaftenden Gasbläschen, die von einer Flüssigkeit (oder auch einem Feststoff) eingeschlossen sind. Wie die Schaumbläschen entstehen und warum sie stabil sind, hängt aber ganz vom Material ab.

Seife und Duschgel: Stabil dank Tensiden

Bläschen in Seifenschaum - Skizze

Tenside stabilisieren die Luftbläschen im Seifenschaum. Bild: Roland.chem, Wikimedia Commons/CC-Lizenz

Rührt man in einem Glas Wasser, entstehen Luftblasen, die an die Oberfläche steigen und dort sofort zerplatzen. Wenn Seifenwasser umgerührt wird, dann werden die Luftblasen von einer dünnen Schicht Seifenwasser umschlossen und bilden Mini-Seifenblasen – den Schaum. Warum eigentlich? Dies ist nur möglich, weil Seife Tenside enthält; das sind Moleküle mit einem hydrophilen („wasserliebenden“) Kopfteil und einem längeren, hydrophoben („wassermeidenden“) Schwanz. Sie ordnen sich so an, dass der hydrophobe Teil in die Luft oder ins Innere der Seifenblase ragt, während der hydrophile Kopf im Wasser liegt. Diese Anordnung stabilisiert den Schaum für eine gewisse Zeit, bis die Blasen miteinander verschmelzen, die Luft entweicht und der Schaum zusammenfällt.

Nur warme Milch lässt sich zu Schaum schlagen

Milch wird aufgeschäumt

Bei der richtigen Temperatur lässt sich ein Kännchen Milch mit heissem Dampf (oder einem einfachen Milchaufschäumer) vollständig in Schaum verwandeln. Bild: CanStockPhoto

Auch Milch lässt sich zu Schaum schlagen oder mit Dampf aufschäumen. Sie enthält natürlich keine Tenside zur Stabilisierung; stattdessen wird die Schaumbildung hier durch die Temperatur ermöglichst. Milch ist eine Emulsion von kleinen Fett-Tröpfchen in einer wässrigen Lösung von Milchproteinen, Milchzucker und Mineralstoffen. Ab einer Temperatur von etwa 60° C beginnen die Proteine zu verklumpen (sie „denaturieren“); wird gleichzeitig Luft eingeblasen, bilden die denaturierten Proteine eine stabilisierende Schicht um die Luftbläschen. Bei der richtigen Temperatur entsteht aus der Milch dabei so viel Schaum, dass sich ihr Volumen 5-fach vergrössert!

Rahm schlägt sich am besten kalt

Ganz anders verhält es sich beim Schlagrahm: Dieser wird nämlich nicht durch Proteine stabilisiert, sondern durch Milchfett. Jedes Fett-Tröpfchen im Rahm ist von Proteinen und sogenannten Phospholipiden umschlossen, die eine Membran bilden, aussen hydrophil sind und so die Tröpfchen schön fein verteilt in der Flüssigkeit halten. Beim Schlagen des Rahms wird diese Anordnung beschädigt: Der innere, hydrophobe Teil der Fettkügelchen lagert sich um die Luftbläschen an, bis jedes Bläschen von einer geschlossenen Fettschicht umgeben ist und sich ein wabenartiges Netzwerk bildet. Je kälter der Rahm, desto fester sind die fetthaltigen Bestandteile dieser Struktur, und desto stabiler ist natürlich auch der Schaum!

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Bimsstein

Bimsstein ist ein „fester Schaum“: Er entsteht aus Lava, die durch Wasserdampf und CO2 aufgeschäumt wird, und ist so leicht, dass er auf Wasser schwimmt. Bild: CanStockPhoto

Knallzucker – ein fester Schaum

Feste Schaumstoffe kennen wir vor allem als Bau- und Isolationsmaterialien, aber auch in der Lebensmittelindustrie wird mit festen Schäumen experimentiert! Knallzucker beispielsweise wird hergestellt, indem geschmolzener Zucker unter hohem Druck mit Kohlenstoffdioxid versetzt und wieder abgekühlt wird. Dabei werden winzige Kohlenstoffdioxid-Bläschen in der sich erhärtenden Zuckermasse eingeschlossen. Wenn man Knallzucker in den Mund nimmt, schmilzt der Zucker durch den Speichel und das eingeschlossene Gas wird mit einem Knall freigesetzt.

Reflexion an einer Seifenblase

Bild: Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Warum Seifenschaum weiss ist und Seifenblasen farbig schillern

Das Licht der Sonne setzt sich aus unterschiedlichen Wellenlängen zusammen, deren Mischung wir als weiss wahrnehmen. Bei der Reflexion des Lichts an einer Seifenblase kommt es zu Interferenz. Die „Hülle“ der Seifenblase hat nämlich eine innere und eine äussere Grenzfläche, die jeweils einen Teil der Lichtwellen zurückwerfen. Die reflektierten Wellen überlagern sich, was dazu führt, dass sie sich in bestimmten Bereichen des Spektrums auslöschen – wir sehen dann nur die jeweilige Komplementärfarbe. Da sich aber bei einer Seifenblase in Bewegung der Einfallswinkel des Lichts und auch die Dicke der Haut ständig ändert, sind immer wieder unterschiedliche Wellenlängen vom Interferenzeffekt betroffen: Die Blase schillert in wechselnden Farben.

Seifenschaum ist nichts anderes als eine Ansammlung von unzähligen winzigen Seifenbläschen. Alle Reflexions- und Interferenzeffekte zusammengenommen führen dazu, dass so gut wie alle Wellenlängen an irgendeiner Oberfläche im Schaum reflektiert werden. In der Summe wird also das komplette Lichtspektrum reflektiert, was unser Auge als weissen Farbeindruck wahrnimmt.

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Rubiy schrieb:

Der Bimstein finde ich sehr interresant☺