Suspension (Stoffgemisch)

Grundbegriff und Einordnung

Eine Suspension ist ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Festkörpern, also Partikeln. Die Feststoffe sind in der flüssigen Phase „suspendiert“. Eine Suspension gehört zu den grobdispersen Dispersionen: Eine Dispersion ist ein Gemisch, bei dem ein Stoff fein in einem anderen verteilt ist. „Heterogen“ bedeutet, dass die Bestandteile nicht vollständig gleichmäßig auf molekularer Ebene vermischt sind.

Suspensionen neigen zur Sedimentation und zur Phasentrennung: Die festen Teilchen können sich von der Flüssigkeit trennen und absinken. In Wasser werden Suspensionen in der Materialwissenschaft oder bei natürlichen Vorkommen auch Aufschlämmung oder Slurry genannt. Man unterscheidet „grobe“ Suspensionen mit Teilchengrößen von 0,1 mm bis 1 mm, zum Beispiel Kreideschlamm, und „feine“ Suspensionen mit Teilchengrößen von 1 µm bis 100 µm, zum Beispiel Kalkmilch. Noch feiner verteilte Teilchen unter 1 µm gelten als Dispersionen, unter 1 nm als Molekulardispersionen.

In der Polymerchemie bezeichnet man Suspensionen oder Dispersionen als feinstdispergierte Polymerprodukte, die durch Suspensionspolymerisation entstehen, zum Beispiel Polyacrylate oder Vinylacetate. Auch Aerosole werden als Suspensionen bezeichnet: Das sind feste oder flüssige Partikel, meist kleiner als 10 Mikrometer, die in der Atmosphäre schweben.

Sedimentation und Trennung

Wenn eine Suspension stehen gelassen wird, kann ein Feststoff mit größerer Dichte als die reine Flüssigkeit langsam zu Boden sinken, sofern die Partikel nicht zu klein sind. Dabei entsteht ein Sediment. Dieser Vorgang heißt Sedimentation. Im Unterschied zu einer Lösung bleiben die Teilchen also nicht dauerhaft vollständig verteilt.

Die überstehende Flüssigkeit kann abgegossen werden; diesen Vorgang nennt man Dekantieren. So lassen sich der Feststoff, das Sediment, und die Flüssigkeit, das Dekantat, voneinander trennen. Durch Thixotropiermittel oder grenzflächenaktive Substanzen kann die Sedimentation verlangsamt werden. Durch Flockungsmittel kann sie beschleunigt werden.

Die Stabilität einer Suspension kann mit einem Sedigraphen bestimmt werden. Dieses Gerät misst nach dem Gesetz von Stokes die Sinkgeschwindigkeit unterschiedlicher Teilchen. Die Sedimentation läuft umso langsamer ab, je kleiner ein Partikel ist, je geringer seine Dichte ist und je höher die Viskosität der Flüssigkeit ist. Viskosität bedeutet Zähflüssigkeit. Auch Form und Struktur der Partikel sowie weitere Eigenschaften von Partikel und Flüssigkeit beeinflussen die Sedimentation. Durch Zentrifugieren lässt sich die Sedimentation beschleunigen. Zur Ermittlung von Stoffeigenschaften oder von Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung kann außerdem die Ultraschalldämpfungsspektroskopie verwendet werden.

Typische Beispiele

Beispiele für Suspensionen sind Aufschlämmungen von Sand in Meerwasser, Schwebstoffe, Treibsand, Mörtel oder Beton als mineralische Suspensionen, Blut, Hefeweizenbier, Orangensaft und Bohrspülung. Auch Deckfarbe und Anstrichmittel sind Pigmentsuspensionen; sie unterscheiden sich von Farbstoffen, die in Lösung gehen.

In der Photovoltaik-Industrie und in der Halbleiter-Industrie werden Suspensionen aus Siliciumcarbid und Polyethylenglycol verwendet. Sie wirken zugleich abrasiv, also schleifend, und kühlend und dienen dazu, Reinsilizium zu Wafern zu zerschneiden.

Die lichtempfindliche fotografische Schicht auf Film oder Fotopapier wird fachsprachlich fälschlicherweise oft als „Emulsion“ bezeichnet. Ursprünglich wurden eine Silbernitratlösung und eine Kaliumbromidlösung in flüssiger Gelatine emulgiert auf Glasplatten oder Fotopapier aufgetragen. Dabei reagieren Silbernitrat und Kaliumbromid zu wasserunlöslichem lichtempfindlichem Silberbromid. Im Flüssig- und Gelzustand entsteht dadurch eine Suspension in Gelatine.

Auch Pollen in wässrigen Honiglösungen, die für die mikroskopische Palynologie hergestellt werden, sind ein Beispiel für Suspensionen.

Gemischte Trägerflüssigkeiten und Milch-Beispiele

Der flüssige Anteil einer Suspension ist oft kein Reinstoff, sondern selbst ein Gemisch. Die Trägerflüssigkeit kann zum Beispiel eine Lösung, eine Emulsion oder eine noch nicht sedimentierte Dispersion sein.

Ein Beispiel ist gezuckerter Milchkakao: Darin sind Partikel von Kakaobestandteilen in einer Flüssigkeit suspendiert, die zugleich eine wässrige Zuckerlösung und eine wässrige Fettemulsion ist. Ein gezuckertes Kakaogetränk ist deshalb eine „Dispersion in einer Zuckerlösung“.

Kuhmilch ist eine Dispersion von Milchfett und Milchproteinen in Wasser. Auch andere Suspensionen, die milchig aussehen, werden mit „-milch“ bezeichnet. Beispiele sind Gletschermilch, eine Aufschlämmung von Gesteinsabrieb in Gletscherwasser, Kalkmilch, eine Aufschlämmung von Löschkalk in Wasser, und Scheuermilch, bei der mehlfeine Scheuermittel in Tensidlösungen oder Lösungsmitteln eingemischt sind.

Medizinische Verwendung

In der Pharmazie werden Suspensionen als medizinische Formulierungen genutzt. Dabei werden unlösliche Pulver, zum Beispiel Arzneistoffe, in Trägerflüssigkeiten dispergiert. Da die Bestandteile nicht wie bei einer echten Lösung vollständig mischbar sind, können sie sich entmischen: Die festen Teilchen sinken durch die Gravitation ab.

Medizinische Suspensionen sind makroskopisch nur dann homogen, wenn sie leicht und rasch aufschüttelbar sind. „Makroskopisch homogen“ bedeutet hier, dass die Mischung mit bloßem Auge gleichmäßig erscheint. Suspensionen können für viele Anwendungsarten hergestellt werden: äußerlich, etwa auf der Haut oder am Auge, innerlich zum Einnehmen, zum Einbringen in Körperöffnungen oder parenteral, zum Beispiel intramuskulär.