肥皂与洗涤剂的清洁作用

本页涵盖消费与工业化学一章的一条中五内容标准：肥皂与洗涤剂的清洁作用。这是全章最常考的解释之一，分数来自按正确顺序描述机理，并使用亲水、疏水、乳浊液和悬浮这些词。

把这套顺序学到滚瓜烂熟，让你在紧张时也能把它写成一串编号的步骤。

完成工作的分子

肥皂分子和洗涤剂分子都有相同的两部分设计：

• 一条长的碳氢尾，它非极性、不溶于水，但溶于油和油脂，这一端是疏水（「怕水」）的；以及
• 一个离子头，它极性、溶于水，这一端是亲水（「爱水」）的。

因为一个分子能同时抓住油脂和水，它就能把油性污垢从表面带起、送进洗涤水中。下面的一切都源自这一个观念。

清洁如何发生，一步一步

1. 降低表面张力。 肥皂或洗涤剂降低水的表面张力，使水能够正确地润湿沾油的布料，而不是在其上结成水珠。良好的润湿让清洁分子能接触到污垢。
2. 尾进入油脂。 疏水尾溶入油脂或油，而亲水头留在周围的水中、朝外指。
3. 搅动带起油脂。 搓洗、搅拌或机器的机械搅动把油脂从布料上拉开，并打碎成细小的液滴。
4. 形成乳浊液。 每一个小油脂液滴都被肥皂或洗涤剂分子包围，所有亲水头朝外指向水中，尾埋在油脂里。这个液滴此刻以乳浊液的形式被托在水中。
5. 液滴彼此分开、被漂洗带走。 朝外的头都带负电荷，所以液滴彼此相斥（同种电荷相斥）。液滴无法重新聚合或沉到布上，于是保持悬浮，只需随水漂洗带走。

这种把油脂打碎成悬浮小液滴的过程叫乳化，而油脂液滴被托在水中的混合物是乳浊液。

硬水中的肥皂与洗涤剂

清洁的机理对肥皂和洗涤剂是相同的，但它们在硬水（含 Ca²⁺ 和 Mg²⁺ 离子的水）中的表现不同：

• 肥皂与钙、镁离子反应生成不溶的皂垢。肥皂在能清洁之前就被浪费在生成皂垢上，所以在硬水里起泡很差。
• 洗涤剂生成可溶的钙盐和镁盐，所以不生成皂垢，即使在硬水里也能有效清洁。

这就是在硬水地区洗衣更青睐洗涤剂的实际原因，但要注意，清洁作用本身是相同的。

例题

题目。 硬水含钙离子。

使用肥皂时，它会先与这些离子反应生成皂垢，然后才能进行任何清洁，反应为：2 CH₃(CH₂)₁₆COO−Na⁺ + Ca²⁺ → (CH₃(CH₂)₁₆COO)₂Ca + 2 Na⁺。一份硬水样品含 0.010 mol Ca²⁺ 离子。

计算与这些钙生成皂垢而被浪费的肥皂摩尔数。

第一步，从方程读出摩尔比。 方程显示 2 mol 肥皂与 1 mol Ca²⁺ 反应，所以肥皂 : Ca²⁺ 的比为 2 : 1。

第二步，按存在的钙放大。 肥皂摩尔数 = 2 × Ca²⁺ 摩尔数 = 2 × 0.010 mol = 0.020 mol。

第三步，解释结果。 在去除任何油脂之前，0.020 mol 肥皂已作为皂垢被耗掉；洗涤剂不会这样损失活性成分，因为它的钙盐可溶。

答案。 有 0.020 mol 肥皂被浪费在生成皂垢上。

练习题

题目。 一块布沾了食用油，用洗涤剂溶液清洗。

(a) 说出洗涤剂分子怕水部分和爱水部分的名称。(b) 按正确顺序描述洗涤剂如何去除这些油。

(c) 解释为何油滴不会重新沉回布上。

答案。 (a) 怕水部分是疏水（碳氢）尾；爱水部分是亲水（离子）头。(b) 洗涤剂降低表面张力使水润湿布料；疏水尾溶入油中而亲水头留在水里；搅动把油从布上带起成细小液滴；每个液滴被洗涤剂分子包围（一个乳浊液），液滴被漂洗带走。(c) 每个液滴被带负电荷的头包围，所以液滴彼此相斥、保持悬浮，无法重新聚合或沉回布上。

考试提示

满分答案先命名两部分（疏水尾、亲水头），再按顺序给出步骤：尾进入油脂、头在水中、搅动把油脂带起成液滴、形成乳浊液、带负电的液滴相斥并保持悬浮、最后被漂洗带走。两个观念最常被遗漏，需要搅动来带起油脂，以及负电荷阻止液滴重新聚合。

两者都要写。记住肥皂和洗涤剂的机理是相同的；只有它们在硬水中的表现不同。

这部分的位置

这是 消费与工业化学 一章的内容标准 13.3，它直接建立在你在肥皂与洗涤剂里学到的分子结构之上。用本章的 复习笔记 加以巩固，并借助 例题 演练这套一步一步的解释。

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快速回顾

• 肥皂／洗涤剂分子有疏水尾（进入油脂）和亲水头（进入水）。
• 步骤：降低表面张力 → 尾进入油脂 → 搅动把油脂带起成液滴 → 形成乳浊液 → 带负电液滴相斥并保持悬浮 → 被漂洗带走。
• 把油脂打碎成悬浮液滴是乳化；结果是乳浊液。
• 两者机理相同，但肥皂在硬水中生成皂垢，洗涤剂不会。