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一、洗涤剂为什去污——从表面活性剂开始

人类社会中我们把人分成“好人”“坏人”两种极端情况,尽管绝大多数人是介于好坏之间。还有一种人在好人面前像好人,坏人面前做坏人,我们叫他们“两面派”。在自然界,也有类似的情况。对于喜欢和水混在一起的分子,我们叫它“亲水分子”,比如普通玻璃表面上的那些分子;相反,对于与水分子不共戴天,喜欢和油混在一起的那些,称为“疏水分子”,比如,荷叶表面上的那一层物质。如果说静电的世界里,通行准则是“同性相斥,异性相吸”,那么在界面的世界里就是“物以类聚,人以群分”,或者“党同伐异”。

就像好人坏人是相对的一样,亲水疏水也是相对的。或者说,亲水疏水也有着程度的差别。当强行把亲水分子和疏水分子摁在一起,强扭的瓜不甜,乱点的鸳鸯要散,它们死活就是要分开。其原因在于,二者呆在一起需要的能量过大,双方都想回到故乡和同胞聚在一起,结果就是拼命减小界面。

自然界中存在着一类物质,我们叫作“表面活性剂”,就是典型的两面派。它们有一个亲水的脑袋,一条疏水的尾巴。遇到亲水物质,就把头凑上去,说“你看,我们是亲戚”;遇到疏水物质,就把尾巴摆过去,说“看,我们长得挺象”。但是呢,自然界的物质明察秋毫,群众的眼睛贼亮贼亮。当这样的两面派在水中的时候,水分子们说“我们倒是可以接受你的脑袋,但是你那尾巴实在讨厌”;在油或者其它疏水物质里呢,群众们就说“把脑袋藏起来就以为我们不认识你了么?”于是,极度郁闷的表面活性剂们到处不招人待见,只好跑到界面上,把亲水的头向着水的这边,把疏水的尾巴伸到疏水的那边。这样,最外层的水分子接触的是两面派的亲水头,疏水那面的最外层接触的是两面派的疏水尾巴。虽然不是同胞,但是总算不用和不共戴天的仇人呆在一起了,那些分子也就不再拼命往里挤,所以界面张力大大降低。而作为两面派的表面活性剂,也不再受到双方的排挤,总算有个安身立命之所。大概也算得上皆大欢喜。

如果两面派太多,界面上挤不下,其它的就只好在水中苦苦挣扎。当它们在水中的浓度很低的时候,一个个就象孤魂野鬼,四处游荡。偶尔见到一两个同胞,想团结以来共同生存,也很快被水分子们无意的冲撞破坏。如果他们的浓度比较高,很容易找到它们的同胞,就组织起来,疏水的尾巴冲里,亲水的脑袋冲外,形成一个圆球。这样,一个两面派团体出现在群众面前的时候,完全是一幅亲水的形象,不那么招水们厌烦,也就获得了生存的空间。如果有脏东西,比如餐具上的油污,或者衣服上的污渍,它们都是一些疏水的东西(所以用水洗不掉),两面派分子们就如获至宝,哭着喊着把疏水的尾巴插进去,比买打折商品还积极。无数两面派分子都把尾巴插进污渍,最后的结果也是形成一个亲水脑袋向外的球体,而污渍就被包在了里面,随着水的流走离开了餐具或者衣服。这就是表面活性剂去污的原理。

二、洗涤剂的发展——有磷与无磷

人类最初是用皂角之类的东西洗衣服,肥皂的发明算得上是一大进步。作为一种表面活性剂,肥皂大大提高了去污能力。但是,水中的钙镁等离子会与表面活性剂结合,不但让被结合的表面活性剂失去了作用,而且结合物本身会成为新的沉积物。洗衣粉的成分除了表面活性剂,还加入了一些别的辅助成分,以增加洗涤效果。其中最重要的是磷酸盐,磷酸阴离子与钙镁离子的结合能力大大高于表面活性剂,它们的“舍生取义”保护了表面活性剂。因为磷酸盐比表面活性要便宜,所以在洗衣粉中加入磷酸盐降低了洗涤成本,受到了洗衣粉厂家的欢迎。一般的含磷洗衣粉中,磷的含量在10%上下。

磷酸盐本身对于人类并无危害,之所以成为环境杀手其实是正因为它是植物生长的营养成分。在湖泊等水域中,总是存在着藻类。藻类的生长需要碳、氮、磷这些主要营养成分。一般情况下,碳和氮都不会缺乏,于是磷就成了藻类生长的限制因素。生活污水中含有的磷沉积到湖中,对于藻类来说简直是雪中送炭。一公斤的磷,能长出700公斤的藻类。很多洗涤剂中还包括一些漂白剂,通常成分含有氯元素,进入环境中也成为一种污染源。一般的表面活性剂,在高温下的活性高,所以通常的洗涤剂在热水中的效力比较高,这也是洗衣服洗碗用热水容易洗干净的原因。

不难看出,洗涤剂导致环境危害的原因,都是保持洗涤效果的代价。所以,要降低洗涤剂对于环境的危害,就要在保持洗涤效率的前提下避免上述有害成分。无磷洗衣粉的出现是一种进步,它们通常使用不含磷的无机成分来代替磷酸盐与钙镁离子结合。对于减少磷的环境危害,自然是成功的。但是这些替代成分进入自然界又带来其它的污染,所以说,简单的替代磷酸盐只是减轻了“民愤”大的污染,并不见得就完全消除了洗涤剂的污染。仅仅是“无磷”就宣称“绿色环保”,也是不负责任的。

三、加酶洗衣粉——更“绿色”的技术

酶的引入是洗涤剂的巨大进步。首先,酶是蛋白质,进入自然界后会自然降解,不会留下危害。其次,酶的活性温度比较温和,不用太热的水。一般而言,40°C是一个很合适的问题。而通常的洗衣粉,人们要使用六七十度的水。象北京那样一个千万人口的城市,如果洗衣粉的水温降低二十度,那么一年节约的能源大致相当于燃烧十万吨的煤炭。虽然对于一个这么大的城市,少燃烧十万吨煤并不是一个很大的量,不过如果考虑到洗衣服只是生活中的一件小事,那么这个量也就比较可观了。当然,我们还得考虑生产相应的酶所需要的能源。在生物技术高度发展的今天,生产那些酶所需要的能源只相当于几百吨的煤炭。

酶的加入能够提高洗涤能力的原因,在于多数的污渍是有机成分。比如汗渍、奶渍、油渍乃至菜汁粥汤渍等等,主要成分也是蛋白质、脂肪、淀粉成分。而相应的酶的加入,可以有效地分解这些成分。最早加入的是蛋白酶,后来淀粉酶、脂肪酶以及纤维素酶也相继被加入,从而使得加酶洗衣粉的效率大大增加。酶的作用也使得漂白剂磷酸盐等对环境有害成分的使用逐渐减少。

洗涤剂的发展方向,是使用更好的酶,进一步降低活性温度,以及减少对环境有害的成分的使用。目前,一些西方国家已经禁止了磷酸盐的使用,也有公司在开发冷水中保持活性的酶。

(本文发表于《百科知识》,有删改。)

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73 Responses to “洗涤剂的原理与发展”

  1. movingtea说道:

    难道是沙发!早起的人有沙发坐!

    那个“亲水的脑袋”和“疏水的尾巴”很搞笑,很形象啊!

  2. Robot说道:

    沙发~~,顺便问一句,电视购物中出现的那种号称带生物酶的洗衣粉,很脏的抹布丢下去,都不用搓的,搅一下捞起来就干净的不得了了。真的假的?

    • yunwuxin说道:

      要弄出这么个表演不难,这么牛的洗衣粉么?没用过,觉得有点悬。。。
      这节目也有点搞笑,有“非生物”的酶么?

    • 小强说道:

      也没几块钱,买一袋试试。保证让你震惊……

  3. Netson说道:

    板凳。。。。同問

  4. nicole说道:

    有没有哪只松鼠知道为什么擦擦克林这么神奇,几乎什么污渍都吸附到自己身上,然后丢水里就干净了?

  5. 田不野说道:

    第二节,第二段,第二行,有二个字重了,我好二~

  6. mirror说道:

    多了一个“剂”字,立场就倾向于厂家了。如果题目是《洗涤的原理与发展》,视野就会拓宽很多。

    洗衣服用热水显然是欧美的习惯。文中省能的说法并不适用于中国。洗涤技术中,洗涤剂的作用要与其它的技术手段配合才好。用水少、不损衣服,从消费者的立场看洗涤技术也都是视点。

    镜某以为需要向读者说明两件事:1)洗涤的原理。这涉及到如何使用洗涤剂的常识性的问题,有助于读者洗净衣服和节约资源。2)一个人一年消费洗涤剂的量。人们只有知道这个量,才能有意识去控制使用量,保护环境。

    • 云无心说道:

      说得自是相当有理。只是去掉“剂”字就超出我的视野了,搞不定啊。。。

      • mirror说道:

        未必。比如洗涤剂的用量是如何决定的?这个问题不是很难吧?只需把第一部分充实一下,具体算几个数据就是了。

        第二段中硬水的问题与温度的问题实际上是相关的,这个问题需要深入谈才好。

        • cc说道:

          洗衣粉的用量是可以计算的。表面活性剂一般用的是十二烷基磺酸钠、月桂酸钠之类的,这是早期的经典的主要原料,后来的带苯氯。表面活性剂的用量可以通过BET吸附理论或其他吸附理论进行计算,当然,衣服的比表面积是估算出来的。最后,就能计算出来合理的洗衣粉用量,两大勺吧.......用的少的话效果降得比较快,用的多的话效果升的很慢。

    • nono说道:

      -_-|打小时候我看我妈用洗衣服向来是用热水泡的....她说这样才洗得干净又省粉.

  7. iduck说道:

    呵呵,很形象的科普文章:)赞一个!

  8. Justso说道:

    我看到亲水疏水的时候,有个感觉,仿佛云无心在观众面前玩弄起来自己的手指头,虽然不像刘谦那样魔幻手法,但更有童趣,哈哈哈

  9. sibyl说道:

    相当有意思的解释啊,想当初,我学这些的时候咱想不到呢~

  10. 仙飞豆说道:

    第二节,第三段,“不拿看出”应为“不难看出”;呵呵,因为在松树会第一次看到错别字,所以忍不住提出来~! 表见怪

  11. 说道:

    哪位同学可以告诉我,我申请了一个这个网站的用户名,密码给发到我邮箱里了,为什么密码是:(密码:)ep&RHcXV%uj)这到底是怎么密码呢?好难记。能不能换一个呢?

    • Robot说道:

      点击网页右上角的“管理”进入管理页面,然后在右侧找“档案”,点进去之后就可以改密码了。。。。

      • Robot说道:

        Sorry,是“网站管理”, 或者点“论坛“,进去之后在”个人档案“里也可以修改。

        • 说道:

          太感谢了,已经修改了,哈哈,怎么感谢才好呢。恩...思考中。

          • zuma说道:

            恩,无以为报的话那你只好是以身相许了。

          • 说道:

            看看,看看,这是搞科学的人说的话吗?啧啧啧...我无语了....*-*

          • conty2002说道:

            有什么问题吗
            都不知道你看斑竹的文章没有

  12. 冰桃说道:

    恩 使用洗衣液多年的某桃就是为了节省热水...
    (眼睛雪亮的群众:明明是上学的时候懒着打热水~>_<~)
    不过话说洗衣粉不是如果加得超过一个临界值之后,表面张力(去污能力)就不增反降了么?这个困惑我很久的问题能请诸位松鼠解释一下不?

    • 说道:

      怎么会?洗衣粉超过一个临界值去污力会下降?是这样吗?看来以后洗衣服要少放了。

    • yunwuxin说道:

      表面张力跟去污能力不是一回事。表面张力不是下降,而是不增加了,因为那些分子到了一定浓度以后再增加分子会“抱成团”,更多的分子并不能增加水中的“有效浓度”。洗衣服的话,反倒是要用更多的水来“漂洗”。

  13. 小姬说道:

    这篇稿子为啥刚一出现就已经有20多条回复了呢?

  14. 小者说道:

    话说现在有些洗涤剂,粘在手上或者头发上,始终滑滑的,就像清不干净一样,还得用肥皂再洗一次,这是为什么啊~~~
    另外,最近想搞个超声波造雾器丢到泡衣服的盆子里,不知道会不会有效果。

    • yunwuxin说道:

      有的是会增稠的,增加物理稳定性,也然它看起来更“浓”一些。

  15. 童天鉴日说道:

    云无心老师的文章总是很耐读,而且文笔活泼灵动,能将枯燥的化学问题谈论的特有生活气息,真羡慕不已。

    就象好人坏人是相对的一样,亲水疏水也是相对的。
    ——————————文中的“象”都应该是“像”字。

    不拿看出,洗涤剂导致环境危害的原因,都是保持洗涤效果的代价。
    ——————————不“难”看出

    比如汗渍、奶渍、饮食等等
    ——————————如果我是杂志编辑,我会将“饮食”改成“油渍”或者其他渍,原因我也说不清楚,至少语感上应该改动

    首先,酶是蛋白质,进入自然界后会自然降解,不会留下危害。
    ——————————大多数酶是蛋白质,少部分是RNA。所以应该加个“大多数”的定语

    • 说道:

      这位同学读的好仔细,哈哈,我也是,不过我近视眼,所以没有读出来。

    • 猛犸说道:

      赞童天!马上就改!

      童天同学现在是松鼠会特邀抓虫专家~看出来了吧,人家很尽职的!

      • 童天鉴日说道:

        猛犸兄过奖了。我是悄悄来嗑松鼠会新种好的坚果的,顺手抓到了几个小虫子而已。概率问题,概率问题。我不是故意的。大家要放过我呵~

      • yunwuxin说道:

        欢迎欢迎。这个是我发给编辑的“原生态版”,我看不到编辑最后的“正式版”。童天同学目光真敏锐啊。

  16. 必须严重严重顶啊,我当年上大学要是教材这样,我就不用费那么多心思学这东西了

  17. sunfield说道:

    真是太生动了。
    虽然没配图,感觉是在读卡通片……

  18. cainhexwit说道:

    哈哈哈,顶一下,我也写过关于洗洁精的文章

  19. szanc说道:

    最近假鸡蛋曝光,松鼠会应该跟进报道一下。制造假蛋的成本那么低吗?

    • yunwuxin说道:

      其实“鸡蛋替代品”是正常合法的食品,但是“假鸡蛋”是完全非法的东西。这其实主要是监管的问题。我过几天写一篇关于这个的。

  20. 酒红色的心说道:

    我有个想法:既然酶的洗衣效果好,那么我们平时洗衣的时候可不可以伸出舌头流几滴哈喇子到洗衣盆里增加去污效果呢?或者家里养狗的偷学就更省事了,自己的口水都省了。不知可行否?

    • yunwuxin说道:

      酶与酶是不同的,世界上有不计其数各种各样的酶,能用来洗衣服的只有聊聊几种。。。

  21. 酒红色的心说道:

    同学。。。偷学,错个字

  22. c2blog说道:

    桔子?念龙兄?还是插嘴兄?
    如果不看署名,我还以为是以上几位其中之一写的,
    文风实在很像,尤其是高度拟人化的第一部分。

    作为两面派的表面活性剂,劳苦功高啊。赞一下!

    —————————————————————————

    “能断大事,不拘小节;有干将器,不露锋芒。”
    ——宋·沈括《梦溪笔谈·补笔谈》

  23. sw说道:

    两面派也有有用的时候。。。

  24. 薄荷说道:

    物质的本质

  25. laura说道:

    正好最近有几个关于洗衣剂的小疑问:
    1.加了荧光增白剂的洗衣剂是不是对人体有害?
    2.市面上号称增艳的洗衣剂是否都添加了荧光增白剂?
    3.据说日韩流行洗衣球,能将衣服洗的更干净,但我看洗衣球的材质是塑料类的,这个东东真的有那么神奇吗?

  26. laura说道:

    我杂看不见自己的留言了。。。

  27. laura说道:

    好像确实没有了。。。555,只有再重复一遍了。。。
    俺关于洗衣剂的一点小疑问:
    1.洗衣剂中含荧光漂白剂对人体有没有危害?
    2.号称有增艳效果的洗衣剂中是否添加了荧光漂白剂呢?
    3.据说日韩流行洗衣服时加入洗衣球,这样能使衣服洗的更干净。洗衣球是由塑料做成,能有去污效果吗?

    • mirror说道:

      1.可以忽略不计。
      2.是
      3.基本无效。如今多是滚筒式的了,洗衣球不管用。

      • laura说道:

        荧光剂还能使人体细胞出现变异性倾向,其毒性累积在肝脏或其他重要器官,会成为潜在的致癌因素。详见http://9191jk.com/index.php/Article/index/art/1333您说的忽略不计能告诉我依据么?麻烦了~~

  28. 西子湖畔的猪说道:

    太喜欢你的介绍签名了

  29. skystong说道:

    ‘而通常的洗衣粉,人们要使用六七十度的水’。作者这句话似乎不符常理,通常洗衣服时,没有人会用这么高温度的水。

  30. conty2002说道:

    "如果两面派太多,界面上挤不下,其它的就只好在水中苦苦挣扎。当它们在水中的浓度很低的时候,一个个就象孤魂野鬼,四处游荡。偶尔见到一两个同胞,想团结以来共同生存,也很快被水分子们无意的冲撞破坏。如果他们的浓度比较高,很容易找到它们的同胞,就组织起来,疏水的尾巴冲里,亲水的脑袋冲外,形成一个圆球。这样,一个两面派团体出现在群众面前的时候,完全是一幅亲水的形象,不那么招水们厌烦,也就获得了生存的空间。如果有脏东西,比如餐具上的油污,或者衣服上的污渍,它们都是一些疏水的东西(所以用水洗不掉),两面派分子们就如获至宝,哭着喊着把疏水的尾巴插进去,比买打折商品还积极。无数两面派分子都把尾巴插进污渍,最后的结果也是形成一个亲水脑袋向外的球体,而污渍就被包在了里面,随着水的流走离开了餐具或者衣服。这就是表面活性剂去污的原理。"

    按你所说,“两面派们”在水中只有两种稳定状态:一种是任意排布杂乱无章,另一种疏水的尾巴冲里,亲水的脑袋冲外,形成一个圆球。

    我在书上看到“两面派们”在水中交错排队的情况啊,如一把火柴排成一排那样的稳定状态呀:第一个火柴头朝上、火柴棍朝下,第二个火柴棍朝上火柴头朝上,以此类推。

    浓度小时,以亲水的脑袋、疏水的尾巴逆向交错排列,以达到能量的最低,还是静电的准则“同性相斥,异性相吸”?

    真佩服版主的拟人比喻法,形象生动。也长了很多见识。

    • 云无心说道:

      应该不是“交错排队”,而是站成两排,每排都是脑袋冲水,这排的尾巴冲着另一排的尾巴,类似细胞膜的结构。但是这样的结构也要圈起来形成圆球才行。

  31. conty2002说道:

    按你所说,“两面派们”在水中只有两种稳定状态:一种是任意排布杂乱无章,另一种疏水的尾巴冲里,亲水的脑袋冲外,形成一个圆球。

    我在书上看到“两面派们”在水中交错排队的情况啊,如一把火柴排成一排那样的稳定状态呀:第一个火柴头朝上、火柴棍朝下,第二个火柴棍朝上火柴头朝上,以此类推。

    浓度小时,以亲水的脑袋、疏水的尾巴逆向交错排列,以达到能量的最低,还是静电的准则“同性相斥,异性相吸”?

  32. 耕耘说道:

    为什么洗衣越洗越脏?

  33. slash034说道:

    用热水洗涤是符合科学道理的。因为分子在热的环境中比较活跃,各种化学物理反应也会比较快。

    一般认为的洗涤四要素是:温度,时间,机械力,化学作用。

    我们不用60度水洗涤,主要是基于3个原因。1,以前洗衣主要是手洗为多,60度水太烫。2,父母这辈都很节约,所以不舍得用热水洗。3,衣服厂家知道大家都是冷水手洗,所以衣服的各种染色技术都不必针对热水机洗,就是说,厂家不考虑褪色的问题,降低成本。

    正式由于第3条原因,导致因果循环:因为褪色,所以冷水手洗;因为冷水手洗,所以厂家不必生产防褪色的衣服…………

    不过现在年轻一代的家庭越来越多接受机洗,所以洗涤温度也变得比较重要了。

  34. zhaoliang说道:

    讲的很生动 解释了我的一些疑惑

    但是对于 表面活性剂的活性 我还没理解
    按照文章的讲述 表面活性剂是以量取胜
    大量的表面活性剂用尾巴包住油 又用头跟水亲近
    但是我听说过有很多活性极强的 一点点就可以让大量的油和水互溶
    这是怎么个原理
    还有就是温度和活性的关系
    我只理解如果温度高的话 分子运动会加快 用头和尾的理论怎么解释呢

  35. jeep说道:

    我的感觉是(只看了对原理的解释一部分):稍有些相关知识的人觉得罗嗦,一窍不通的人,到头来还是一窍不通。缺乏必要的图片。

  36. yoyo说道:

    洗衣粉,洗衣液,皂粉,哪个更健康环保一点呢?那个对人体伤害大?求教松鼠们!

  37. 乱世之殇说道:

    描述的还蛮形象的

  38. reelook说道:

    我想知道古时候的人怎么洗碗

  39. 孙晓纲说道:

    有哪位松鼠能说说洗洁精中的桔油是干啥用的?拜托了!

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