Mischbarkeit

Mischbarkeit bezeichnet die Fähigkeit zweier oder mehrerer Stoffe, sich zu einer homogenen Phase zu vermischen und eine einheitliche Lösung oder ein einheitliches Gemisch zu bilden. Sie ist grundlegend in der Chemie, der Verfahrenstechnik und der Pharmazie. Die Mischbarkeit hängt vor allem von den zwischenmolekularen Kräften ab: Polarität, Wasserstoffbrückenbindungen, Dipol-Dipol- und Van-der-Waals-Wechselwirkungen. Häufig gilt das Prinzip „Gleiches löst Gleiches“: Stoffe mit ähnlicher Polarität oder ähnlichen Löslichkeitsparametern neigen stärker zur Vermischung.

Thermodynamisch wird die Mischbarkeit durch die Gibbs’sche Freie Energie der Mischung beschrieben: ΔG_mix = ΔH_mix − TΔS_mix. Damit eine Mischung spontan entsteht, muss ΔG_mix negativ sein. Dabei kann ΔH_mix sowohl positiv als auch negativ sein; die Entropieänderung ΔS_mix fördert in vielen Fällen die Mischbarkeit, die Enthalpie kann sie unterstützen oder behindern. In der Praxis beeinflussen zusätzlich Temperatur, Druck und der Zustand (Flüssigkeit, Lösung, Polymer) die Ausbeute der Vermischung.

Viele Systeme zeigen temperaturabhängige Mischbarkeit. Phänomene wie UCST (upper critical solution temperature) und LCST (lower critical solution temperature) beschreiben Phasenbereiche, in denen sich Substanzen über bestimmte Temperaturen hinweg mischen oder trennen. Beispiele: Wasser und Ethanol mischen sich in allen Verhältnissen, während Wasser und die meisten Öle meist nicht mischbar sind.

In Anwendungen spielen Phase-Diagramme eine zentrale Rolle. In der Polymerwissenschaft und Materialkunde bestimmt die Mischbarkeit die Struktur von Polymerblends, die Löslichkeit von Additiven und die Freisetzung von Wirkstoffen in Formulierungen.