中国化工信息周刊
2021/02/17 16:49
本文转载自理性边界（ID：science-humanity，作者：英雄超子）
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关键词 | 表面活性剂应用
共 2844字 | 建议阅读时间 9 分钟
有这么一种说法：“如果没有表面活性剂，90%的化学工作者将失业。”看来，如果学化学还不想失业，了解一下表面活性剂这东西有多神奇，那是必须的。
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表面活性剂是一大类物质的统称，肥皂就是一种表面活性剂，也是人类最早接触的表面活性剂。距今约4800年前，古巴比伦人就得到了早的肥皂。
传说有个厨师不小心将一罐食用油（多半是植物油）打翻在地，仓皇之间，他急忙将灶炉里的草木灰洒在上面，再将混合物打扫干净。
自然，手上沾了一些油腻是少不了的，他赶忙去洗手，却发现满手的油腻瞬间便洗刷干净。于是，厨房里的佣人们就经常用油脂拌草木灰来洗手，这便是最早的肥皂，当时的巴比伦人就用它们来洗澡、洗衣服、洗餐具等等。
现在我们还能看到最早的用楔形文字记录下的肥皂配方：将草木灰、羊油（或猪油、或植物油）混合在一起加热。
▲叙利亚城市阿勒颇的阿勒颇肥皂，被认为是最早的肥皂技术。
我们中国人也很早就发明了肥皂，一种方法是用猪胰子和草木灰混热，这和巴比伦人是类似的；另一种方法则是用天然皂角的种子。
所以，肥皂二字的由来你清楚了吗？
▲皂荚树
说到肥皂的成分呢，其实也就是一种很简单的物质——硬质酸钠（或硬脂酸钾），我们把它的成分画一画，如下：
我们学习了化学都知道，硬质酸钠是一种盐，在水中电离为硬脂酸根离子和钠离子。钠离子我们先放在一边，我们观察一下这个硬脂酸根离子，包含一个烃基和一个羧基。
所谓烃呢，就是矿物油，我们知道水油是不互溶的，所以烃基属于“疏水基”，或者叫“憎水基”、“亲油基”。
▲水油不互溶，大家都懂
羧基就是组成羧酸的基团，我们知道酸都是较易溶于水的，比如我们喝的醋，主要成分就是乙酸的水溶液啊。
所以羧基属于“亲水基”。
▲吃饺子要蘸醋，大家都懂。醋可以用水任意比例冲稀，这是我们都有的生活经验。
说了这么多，似乎比较枯燥。
别急！让我们看看，把这两端分别亲水憎水的表面活性剂放到水里以后，它会有些什么样的不同？
我们先少放一点，这些表面活性剂分子在水里是这样分布的，里里外外都有，和其他可溶物没什么两样。
而当我们再多加一些，情况就有所不同了，表面活性剂分子里的憎水基一个劲的想要出去，全部朝外，也使得表面活性剂分子都分布到了表面上，这也就是“表面活性剂”称呼的由来。
▲ 憎水基：放我出去~
如果我们再多放点表面活性剂，更奇妙的事情发生了。由于之前它们已经占满了表面，内部表面活性剂的憎水基无处可逃，只好彼此抱团，形成了一团又一团的“胶束”。
这些胶束或而球状，或而棒状表面活性剂各方面神奇的特性，均来自这些“胶束”。
要问这表面活性剂究竟有啥用，这用处可大了去了，就在我们身边到处都有她的身影。我们随便列举一二。
1
清洗
之前我们提到的肥皂就是一种用于清洗的表面活性剂，
那么，表面活性剂为什么具有清洗能力呢？
回到我们上面那张图，当水里有足够多的表面活性剂以后，它们就倾向于形成胶束。而当清洗液接触到油污以后，这些憎水基就“久旱逢甘霖”一般的扑向那些油污，把油污夹在中心。
如下图：
出了肥皂，我们家里用来洗碗的洗洁精，用来洗衣服的洗衣粉、洗衣液，还有卫浴里的沐浴露、洗手液、洗发水、护发素，它们的主要成分都是表面活性剂。
▲我们家里各种各样的清洁用品
2
乳化
水是一种万能溶剂，但是很遗憾，我们的化学物质远不止一万种，不管是天然的和人造的，总有很多化学物质是不溶于水的。
而且很让人头疼的事情，这些化学物质对我们的生活、生产又是很必要的，比如美食中的添加剂，家装油漆中的活性物质，为美女加妆添彩的化妆品，豪车中让我们的皮具、饰品更加鲜亮的添加剂，在各种各样的包装上起粘结作用的胶水等等。
在人们还没有办法用水去溶解它们的时候，我们只能用其他类型的溶剂去稀释溶解它们，但是很不幸，很多的溶剂就是对人体有害的，比如甲苯，比如四氯乙烯等。
这些溶剂的挥发性都很强，如果被人们吸入体内，则会对人体产生危害。这些溶剂类的物质和其他可以挥发出来对人体有害的物质统称为VOC（挥发性有机物）。
值的庆幸的是，我们的化学家们已经帮我们在解决这些潜在的危害问题了，他们发现大多数溶剂都是烃类，也就是亲油的，活性物质可以溶于溶剂是因为相似相溶，那么可以说很多活性物质也是亲油的。
而我们知道油类的东西是不能溶于水的，那么有没有一种东西能作为油类物质溶于水的介质呢？
这就是表面活性剂，它既含有亲油的基团，也含有亲水的集团，可以同时溶于水和油，也就可以帮助油分散在水里，这个过程叫做“乳化”。
▲表面活性剂帮助有机相均匀的分散在水里，这就是“乳化”。
随着应用化学工作者的开发，很多应用都已经通过使用表面活性剂而水性化了。
比如以前的涂料多半为“油漆”，其中有很多可致癌的溶剂，而如今，我们的家装涂料早已改为“乳胶漆”，现在你知道为何这其中有个“乳”字了吧？
因为它就是将油漆“乳化”后的乳液。
▲乳胶漆已经水性化，请大家放心。
在比如，大部分农药的活性物质都是不溶于水的，过去乳油剂型的农药在市面上占据最多，大多数含有芳烃溶剂，一些溶剂比如DMF等甚至有致癌作用。
这样的剂型对人体有害，也很难分散开，容易形成残留。也难怪我们的当家主妇们在清洗蔬菜水果的时候，要花费大量的时间去冲洗，才能让自己放心。
目前，我国已经停止批准乳油新剂型的申请，为水剂类的农药开发指明了方向。
▲现在农药都是水剂的，我们不用再担心残留啦！
3
润湿
如果我们在炎炎夏日里早起，跑到湖边观察一下荷叶，会看到晶莹剔透的露珠，它们保持着椭球形，在阳光照射下闪闪发亮。
这些露珠为何能保持球状，而没有铺满荷叶表面呢？
这来自水滴的“表面张力”。
对于表面张力，我们印象更深刻的则是水银，它在任何时候都能保持球状，仿佛有一种“内聚力”让它自身缩聚成团，这种“内聚力”实际上是表面张力。
如下图，我们对比一下水银（Hg）、水（H2O）和肥皂（Soap）的表面张力，自然这是从高到低排列的。我们也会很自然的发现表面张力越低，润湿铺展性越好。
比如，我们在农药中添加一些表面活性剂，加强农药的润湿性能。这样就可以提高药效，减少农药的用量。
▲左边是油剂农药，右边是增加了表面活性剂的农药，明显铺展性变好了。
目前全球表面活性剂的产量已经超过1500万吨，是一个非常庞大的产业。经过我上面的介绍，你可以看到，表面活性剂参与和带动的行业，又何止几百几千？
现在，表面活性剂还存在各种各样的问题，比如低泡表面活性剂，特别难乳化的物质等等，这些课题都等待着你去解决呢。
总之，我们见识了表面活性剂在各个方面的妙用，你还有什么理由不好好学习它的知识呢？
来源：理性边界
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