实验：肥皂与洗涤剂的清洁作用

在你制好肥皂之后，下一个中五实验要问：究竟是什么使肥皂与洗涤剂能清洁，以及为什么在肥皂失效的地方洗涤剂仍然有效。在这个实验里，我们比较肥皂与洗涤剂如何去除油污，以及它们各自在软水与硬水中的表现。

本指南给出方法、应预期的观察、把观察连回分子结构的道理，以及实验试卷所看重的科学过程技能。

目的

研究肥皂与洗涤剂对油污布的清洁作用，并比较肥皂与洗涤剂在软水与硬水中的表现。

仪器与材料

• 浓度相同的肥皂溶液与洗涤剂溶液
• 蒸馏水（软水）
• 硬水（含溶解的钙盐或镁盐的水）
• 沾上等量食油或油污的小布块
• 带塞的试管与试管架
• 量筒
• 烧杯与玻璃棒
• 用作油污的食油

步骤

1. 准备几块沾上等量食油的小布块，使每块起始的油污相同。
2. 给三支试管贴标签：只有蒸馏水、肥皂溶液、洗涤剂溶液。
3. 向各自的试管加入等体积的相应液体。
4. 把一块油污布放入每支试管，塞好塞子，以相同的次数与力度摇动每一支。
5. 观察每块布变得多干净，比较这三支。
6. 要测试硬水，把等体积的肥皂溶液放入一支试管、等体积的洗涤剂溶液放入另一支，再向每支加入等体积的硬水。
7. 塞好并同样地摇动两支试管，比较起泡（泡沫）多少，以及是否出现浮渣。
8. 记录哪种液体去油污最好、哪种在硬水中起泡好、哪里生成浮渣。

预期观察

只有蒸馏水时，油污布仍然油腻，去除的油污很少。在肥皂溶液与洗涤剂溶液里，油污被带走、布变得干净得多，并起泡沫。

肥皂与洗涤剂都比单用水清洁得好得多。在硬水测试里，洗涤剂仍产生大量泡沫、清洁良好，但肥皂只产生很少泡沫、试管中出现白色不溶的浮渣。

请描述这些定性差别，肥皂与洗涤剂能去油污而水不能，肥皂在硬水中生成浮渣、泡沫很少而洗涤剂仍起泡，而不要编造泡沫的数值多少。

推断与结论

肥皂或洗涤剂分子有两部分：一条溶于油和油污的长烃尾（疏水部分）和一个溶于水的离子头（亲水部分）。洗涤时，尾埋进油污里，头留在水中。

摇动把油污打碎成小液滴，每一滴都被头朝外的分子包围，于是液滴被留在水中、被漂洗带走。这就是肥皂与洗涤剂都比单用水清洁得好得多的原因。

在硬水里，钙离子与镁离子与肥皂反应生成不溶的浮渣，在肥皂能清洁之前就把它耗尽，这就是肥皂在硬水中起泡差、留下浮渣的原因。洗涤剂不与这些离子生成不溶盐，所以它仍能起泡、清洁。

结论是：肥皂与洗涤剂以相同的机制清洁，但洗涤剂在硬水中占优势。

科学过程技能（试卷三风格）

陈述假设。 一个合适的假设：在硬水中，洗涤剂比肥皂产生更多泡沫、清洁更好，因为它不与钙离子和镁离子生成不溶盐。

辨认变量。 就硬水的比较而言，操纵变量是清洁剂的种类（肥皂或洗涤剂），反应变量是泡沫的多少（以及是否生成浮渣），固定变量是水的体积与硬度、清洁剂的浓度以及每支试管的摇动方式。

为清洁作用作操作性定义。 清洁作用以操作方式定义为：在相同的摇动下，油污从布上被去除得多完全。

公平检验。 说明检验如何做到公平：每块布上等量的油污、等体积与等浓度的液体，以及相同的摇动次数与力度。

作出推断。 由肥皂在硬水中的浮渣与很少的泡沫，推断肥皂与硬水中的离子反应生成不溶盐。

沟通。 写出结论，从疏水尾与亲水头来解释清洁，并从不溶的浮渣来解释硬水的结果。

安全须知

• 戴安全护目镜，使肥皂或洗涤剂溶液的溅出不会进入眼睛。
• 摇动前把试管塞牢，使内容物不会喷出。
• 摇动时把试管口朝向无人处、也不朝自己，以免溅出。
• 立即擦净溅出的油或溶液，以免有人滑倒。

常见错误

• 使用不同量的油污。 若各布起始油污的量不同，比较就不公平；每块布沾上等量。
• 摇动不均等。 摇得越多、去除的油污越多；每支试管以相同的次数与力度摇动。
• 肥皂与洗涤剂浓度不同。 用相同的浓度，否则比较告诉你的是浓度、而不是肥皂对洗涤剂。
• 把浮渣与泡沫混淆。 在硬水里，肥皂生成的白色固体是浮渣、不是泡沫；要正确地把它描述为不溶的浮渣。
• 忘了只有水的对照。 没有只装蒸馏水的一支，就没有可比对象；把它加进来以显示单用水清洁得差。

我们的老师如何使用这个实验

在一对一的 SPM化学课堂里，以英文授课、每小时 RM50 起，我们确保学生能把每个观察连到结构，清洁靠双端分子，硬水的结果靠不溶的浮渣，因为试卷二与试卷三都看重解释、而不只是观察。肥皂与洗涤剂的清洁作用是 SPM化学 消费与工业化学一章的核心内容标准，它直接承接你用皂化制得的肥皂。

这个比较也训练试卷三实验考试（试卷三为实验考试，评估科学过程技能）所评估的公平检验纪律：只改一个变量、其余全部保持相同，并给出说明理由的结论。