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泡沫洗手液的泡沫是如何产生的?泡泡的产生离不开表面活性剂

来源:数字北京科学中心微信公众号 浏览 112 次 发布时间:2022-09-26

生活中,洗衣液、沐浴露、洗头膏都是我们日常清洁所需物品。它们的种类各异,有的双手摩擦就可以产生丰富的泡沫,有的则是无泡的类型。人们在选择有泡和无泡类型上也各有偏好,对广大泡沫党而言,丰富且细腻的泡沫就是“洗得干净”的代名词。但你知道吗,小小泡沫的背后,也藏着不少科学小秘密哦。

泡沫是如何产生的?


泡沫从定义上来说是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。泡沫在日常生活中普遍存在。例如:摇晃矿泉水瓶,水面可能会出现稍纵即逝的泡沫;若是再往这个瓶子里添加一些肥皂水,那么就会发现相比于之前很快破灭的“水泡沫”,装有肥皂水的瓶子中产生的泡沫持续的时间更长,也不容易破,不少人的童年乐趣“吹泡泡”也是如此。


这两种泡泡之所以在“寿命”上存在差异,是“排水效应”不同的体现。我们都知道,由于引力作用,水会往低处流,因此泡沫外层的水也会很自然地往下流,然而由于肥皂水中存在的一些物质可以对抗排水效应,从而使肥皂水的泡沫可以长时间存在。


肥皂水中可以对抗排水效应的神秘物质就是大名鼎鼎的表面活性剂,它有一个响当当的名号——工业味精。它的种类丰富,有超过一万种。杀虫剂、农药以及洗衣粉、肥皂、洗发水中都有它的身影,在食品工业中也往往需要它。因此曾有人说:“如果没有表面活性剂,有90%的化学工作者将会失业。”


从构成来讲,表面活性剂分子具有典型的两端结构:一端是亲水而憎油的基团,该基团易溶于水,被称为亲水基;另一端是亲油而憎水的基团,该基团不溶于水而易溶于油,被称为憎水基。这样的两端结构使表面活性剂具有了清洁功能。表面活性剂的亲水基与水的相互作用更强,会形成亲水外层,而憎水基则与水相互排斥,因此表面活性剂分子会在水中定向排列。


如此排列的妙处在于,削弱了水分子之间的引力,降低了水的表面张力。简单来说,这样既可以让衣服快速且充分地湿润,同时促使污渍分散乳化,从衣服表面脱落下来。


当表面活性剂在水表面排满后,水的表面张力就降到了最低,其他表面活性剂分子就进入溶液,形成胶束。胶束是排列有序的无数个表面活性剂分子,呈球状或棒状的聚集,亲水基团朝外,亲油基团朝里。


在形成泡泡的过程中,表面活性剂作为起泡剂和稳泡剂而起作用。将起泡剂加入水溶液中,其亲水基与水分子强烈地互相吸引,朝向水层;而憎水基处于空气中或气泡内,在界面层或表面上的定向排列,从而降低界面张力或表面张力。起泡剂有利于形成分布均匀且孔径适中的小气泡,并保证气泡上升形成泡沫层。


气泡容易破裂怎么办?这时就需要稳泡剂了。稳泡剂与泡沫有较强的亲和力,可有效地吸附在已形成泡沫的表面,从而将泡沫有效包裹,使得已形成的泡沫更为稳定,减少了气泡兼并和破裂现象。稳泡剂的使用,也让气泡的分布更为均一且细小,起泡高度较高。


如何产生更多的泡泡?


小时候我们吹泡泡常常会使用一种带有闭合圆圈的工具,其作用是将液体在其中的空间上铺展成薄膜,便于人们向薄膜中吹入空气,使其拉伸。再依靠液体表面的张力,让被拉伸的薄膜自发收紧闭合,形成气泡。举一反三,为了在吹泡泡时,产生更多的气泡,提高空气和液体混合的效率,人们采用了最为直接的办法,即增加圆圈的数量。越多闭合圆圈,就可以产生越多的泡泡。


还有我们洗澡时用的浴花,洗脸用的海绵,它们密布的网状或多孔结构,也起到了同样的作用,有利于液体和空气的充分混合,从而形成细腻的泡沫。起泡瓶也是如此,它可以将空气和液体快速混合,若是我们打开起泡瓶的手压泵头,会发现秘诀同样是网状结构——筛网。


近年来,泡沫泵头的利用度很高,在其咽喉处的膨大气室是产生泡沫的关键。在第一次按压后松开时,在泵头上部形成低压,空气进入气室中,液体也被带到泵头上部。第二次按压时,气室的气压增大,液体与空气进入位于管道上的筛网,这样就会吹出泡泡。筛网越小,吹出的泡泡越小,泡沫越细腻。


说到这里,你是否明白了和泡泡相关的这些知识呢?原来,泡泡的产生离不开表面活性剂;原来,产生更多泡泡的秘诀是网状的结构。