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一、什么是泡沫?
泡沫定义:由不溶性气体分散在液体或熔融固体中所形成的分散物系。
我们用日常生活中见到的情况作为例子,比如摇晃一个封闭的矿泉水瓶,肯定会起泡,但是很快就破灭了。如果你要将矿泉水瓶里装上肥皂水,泡沫将会更加丰富,而且还不破灭,更能被小朋友拿过来吹泡泡,这是什么原因呢?为了解释这一点,下面这个图应该都能看得懂,地球上的任何事物都会受到引力,泡沫的那层水也不例外,会很自然的往下流,这就叫“排水效应”。
亲水基朝向里面,憎水基朝向外面
疏水基朝向外部的气相,亲水基朝向液内
按照前面说的“排水效应”,液相里的水是要不断往下流的,但因为表面活性剂而有了不同。
电荷排斥效应:亲水基带有同样的电荷,所以会相互排斥,这种电荷排斥撑起了泡沫层,在垂直方向维持着泡沫的稳定。
Maragoni效应:泡沫的内外层里,亲水基之间、疏水基之间都存在着电荷排斥,这种排斥力从横向撑起了泡沫层。
小结一下:
1.只要有液气混合就会有泡沫,但排水效应会加速泡沫消失,宏观上我们说的泡沫实际上是“稳泡”。
2.表面活性剂是较常见的“稳泡”物质。
英国人制造出世界上最大的泡泡
二、洗发水的清洗机理
1.我们洗去的是什么?
答:头发上的污垢主要是分泌的皮脂、汗渍、头皮屑、来自外界的灰尘、发用品的残留,如发蜡、发胶等。在这些污垢里面,能溶于水的都好办,用水一冲就溶解了。一些粒径较大的物理颗粒也好办,水一冲,手一搓,基本上也都冲刷走了。比较难洗去的就是皮脂,我们洗碗洗衣服的时候都深有感受,油锅比电饭锅难洗的不是一点两点。
所以,我们洗衣服要用洗衣粉;洗碗,要用洗洁精;洗手,要用洗手液;洗脸,要用洗面奶;洗头发,就要用洗发水啦。万变不离其宗,这些日化品的内核就五个字——表面活性剂。
2.洗发水工作原理
洗发水中含有10-20%的表面活性剂,这个浓度已经很高了,你把洗发水兑点水在手上搓搓,泡沫就起来了,这就是表面活性剂在帮忙稳泡。
中间形成球状就是胶束
这个过程叫做乳化,通过表面活性剂将油性物质和水互溶,外观上形成乳液的效果。其实,也并不是所有的乳液都和牛奶一样,很多看起来清澈透明的化妆水也是乳液的一种,只不过是微乳液。
不同粒径乳液的外观不一样,粒径越小,越澄清透明。
三、回到问题:为啥“起的沫少就脏,起的沫多就干净”呢?
这表面活性剂也不是永动机,也要讲能量守恒、物质不灭这些基本法的,当一部分表面活性剂形成了胶束,当好了“乳化”的班,它们就无法分身,去做“起泡”的活了。
除此以外,这里更需要考虑另一个效应,就是油的消泡效应。没错,表面活性剂有稳泡的能力,一物降一物,那么我们就必须研究出来一个消泡的,消泡剂一般有:矿物油、有机硅等,特征就是表面张力比较低的物质。一般公认的消泡机理是:消泡物质必须不溶于起泡液且表面张力低于起泡液,这些不溶于起泡液的颗粒物进入泡膜内部后,引起泡沫不稳定而让泡沫破裂。
上述消泡机理
现在主流的消泡机理就有四种,化学工程师们都很谦虚,他们认为没有一种可以概括所有的消泡现象。所以,chemistry=chem is try,这真是化学化工有意思的地方。从我们生活经验来说,如果过了好几天再洗头,洗发水起的泡泡确实是少很多的,这并不是洗发水变质了,而是来自以上的道理,我们每个人都可以去试试。
我们还可以得出一个引申的结论,并不是泡沫多才说明洗发水效果好,现在很多领域都已经开始研发使用低泡的表面活性剂,比如低泡洗衣液等,因为泡沫多了,你家的洗衣机就要溢出了,这从另一个方面说明,泡沫并不是越多越好。
总之,表面活性剂是一门很神奇的科学,它可不仅仅是有起泡和乳化作用,还有很多种功能,比如:润湿、清洗、渗透、增溶、增粘等等。在各个领域都会用到,比如:纺织、日化、涂料、造纸、清洗、油田、水处理、润滑油、有机硅、农药等等。