两栖分子
肥皂为什么能洗去污垢呢?19世纪的化学家解开了这个谜。
肥皂去污的详细机理很复杂,但最主要的原理在于它的分子结构。肥皂的主要成分是硬脂酸钠(C17H35COONa),其分子形似蝌蚪或火柴杆。它的大“头”是极性的羧基钠(—COONa),易溶于水,为亲水憎油基。它的长“尾”为非极性的烃基(一C17H35),与有机物互溶,为亲油憎水基(在化学上称为“相似相容原理”)。当衣物上的油迹或污垢涂上肥皂,并机械摩擦之后,肥皂分子就浸润到衣物的缝隙,其亲油基拼命进入油迹颗粒内,与油污结合,而亲水基则死死赖在水中,油迹就被肥皂分子拉下水。油污下水后,由于肥皂分子的 “两栖”结构还具有乳化作用,又变成类似牛奶、豆浆、农药乳剂似的水包油型乳状液,使污垢分散在水中而不再回到衣物上,最后经漂洗而除去,这就是肥皂去污的最主要作用。
凡是像肥皂一样具有两栖性分子结构的物质,统称为表面活性剂。日常生活中常接触到的表面活性剂,除肥皂外还有合成洗涤剂、清洗剂、杀菌剂等。
表面活性剂的详细去污机理比较复杂,有渗透、浸润、乳化、分散、发泡、增溶等多种作用,但大多与分子的两栖结构有关,要系统地、全面地了解这方面的知识要学习表面化学。表面化学现己成为化学的一个分支学科。
制造肥皂,要消耗大量的动、植物油,而洗衣粉等合成洗涤剂,其原料是石油、硫酸、氢氧化钠等。
根据不同的需要,已开发的合成洗涤剂的种类很多,我国生产量最大的是十二烷基苯磺酸钠(C12H
十二烷基苯磺酸钠是典型的两栖分子。洗衣粉去污能力比肥皂强,适应性也比肥皂广。如肥皂有一天生弱点,即怕硬水。硬水中的钙、镁离子与肥皂发生反应生成硬脂酸钙(或硬脂酸镁)沉淀,破坏了其去污能力。而洗衣粉中的三聚磷酸钠能和硬水中的钙、镁离子生成一种可溶于水的络合物,因此不影响其除污垢的效果。
还有一种加酶洗衣粉,即在洗衣粉中再加入少量碱性蛋白酶,它的催化活性很强,衣服上的血迹、汗斑,以及其它由蛋白质与灰尘胶粘凝固而成的污迹遇到它,蛋白质就会水解成氨基酸,污迹的结构便产生松弛,膨胀而解体,稍加搓洗就会脱落。须注意的是,不能用它来洗羊毛、蚕丝等蛋白质纤维的织物以免纤维受到破坏。
洗衣粉种类繁多,可大致分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型。要根据洗涤对象选择洗衣粉,且不能任意混用。
弄清肥皂分子“两栖性”及去污原理后,表面活性剂就出现了突破性进展,利用这一原理也开发出了五花八门的产品,足见科学研究的重要性。
(洗衣的学问系列选自《化学的起源》)
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