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神奇的两性有机物,揭秘洗涤剂的洗涤原理

发表时间:2023/10/14 17:07:17  作者:木子耕夫  浏览次数:1374  
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我们洗涤衣物,洗涤餐具,只要擦一点点香皂或倒一点点洗涤液就能在水里洗得干干净净,这是什么原理呢?原来香皂或洗涤液是一种神奇的两性有机物。

我们知道,水与油不能互溶,这是每个人都熟悉的自然现象。对于有机物来说,其分子中有部分只由碳和氢组成的结构是“疏水”的(或者说是“憎水”的),非常排斥水分子,而羟基、羧基、氨基之类的基团却是亲水的。如果有机物分子中只有疏水结构,或者疏水结构占据绝对优势.那么这种有机物就不溶于水。比如乙烷、乙烯、苯等分子只含有碳和氢,它们就不溶于水;有一种含有18个碳原子的硬脂酸分子虽然含有1个亲水的羧基,但由另外17个碳原子组成的长碳链占据的空间更大,它压倒性地决定了整个分子的性质,因此硬脂酸也难溶于水。

反之,如果有机物分子中的亲水结构占据绝对优势,那么这种有机物就易溶于水。比如乙醇分子虽然只含1个羟基,但它连在仅有2个碳原子的很短的碳链上,羟基的亲水性强烈地压过了短碳链的疏水性,于是乙醇就成了一种可以与水以任意比例混溶的液体。同理,葡萄糖分子中含有多个羟基,这些羟基齐心协力,也让葡萄糖分子在水中有很大的溶解度。

还有一些有机物,分子中的疏水结构与亲水结构势均力敌,于是它们在水中的行为就介于极端不溶和极端易溶之间——亲水的结构部位热情拥抱着水分子,疏水的结构仍然极力回避水分子,这就是两亲分子。以硬脂酸钠为例,这是硬脂酸中羧基的氢被钠替代形成的物质。由于钠很喜欢独来独往,硬脂酸钠一进入水中,钠就马上跑了,剩下的没有氢的羧基成了一个极为亲水的基团,这让硬脂酸钠与硬脂酸不同,成了一种可溶于水的物质。然而,硬脂酸钠分子中那17个碳原子组成的碳链仍然非常疏水,如果水中有微小的油滴,它们会迫不及待地和油滴结合,以便躲避水分子。最终,硬脂酸钠分子在有油滴的水中聚成微团,其中亲水的羧基露在微团表面,疏水的碳链连同油滴都被包裹在微团内部。

硬脂酸钠分子在水中的这种行为,使它具备优良的洗涤性能。把染有油污的衣物放在硬脂酸钠水溶液中,用手揉搓,硬脂酸钠的疏水基团就可以把油污从衣物上拉下来,在水中形成微团,于是衣服就洗干净了。硬脂酸钠在水里就像一个双面小人,一手拉着衣物上的油污,一手拉着水分子,经过搓洗,就能轻松把油污去掉。各种肥皂、香皂、洗涤液的主要成分都是硬脂酸钠之类的脂肪酸钠盐。要说有什么变化,无非是辅料有变化、配方有改良罢了。

洗涤剂还有一个显著的性能,就是能降低水的表面张力。什么是水的表面张力呢?你可以做一个简单的实验:准备一盆清水和一根绣花针,将针小心翼翼地,水平地,放在平静的水面,针就会浮起来。这是因为水分子紧紧地结合在一起,产生了表面张力,把针给“抬”了起来。如果往水里滴一滴洗涤液,针就会沉下去了,因为洗涤液破坏了水的表面张力。洗涤液通过降低水的表面张力,使水分子能够达到衣服的任何部位,再通过疏水“小手”和亲水“小手”把洗物上的油污使劲拽出来,从而达到去污的目的。

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