日常生活中的化学——清洁剂探究

--清洁剂探究

作者:高一（2）林明涛

家庭中主要的污渍是油污，家庭清洁主要的要求就是去除油污，因此主要的清洁剂必须满足这个要求。同时,刺激性/腐蚀性（即常说的\"伤不伤手\"）、廉价性等也是清洁剂选择的重要因素。我将从以上几方面出发，对家庭常用的清洁剂简略探究一下。

一一、、关关于于油油脂脂

油脂是油和脂肪的统称。从化学成分上来讲油脂都是高级脂肪酸与甘油形成的酯。油脂是烃的衍生物。油脂是一种特殊的酯。自然界中的油脂是多种物质的混合物，其主要成分是一分子甘油与三分子高级脂肪酸脱水形成的酯，称为甘油三酯。油和脂都能进行水解。i

既然油脂是一种酯，那么原则上只要能与酯反应生成能被水轻易冲走的物质的都可以作为家庭清洁剂。但家庭使用，必须满足低刺激性、低腐蚀性、廉价好用等要求，因此经过几千年人类对清洁剂的选择利用，现代常用的清洁剂就剩下这样几类了。

二二、、常常用用的的清清洁洁剂剂 11..碱碱和和碱碱性性盐盐类类

上面已经说过，油脂会水解，其化学方程式为：

（在一般条件下也能水解，但反应速率较慢）

可以看到油脂水解会产生三种高级脂肪酸。 若让油脂与碱反应，方程式是：

这个反应俗称皂化反应。

显然，我们可以用碱来去除油污，但常用的碱——氢氧化钠（NaOH）和氢氧化钙（CaOH）都有较强的腐蚀性，在现实生活中只能用于炉具清洁。

那么，碱性的盐可以吗？ 可以！

以碳酸盐为例，水解的方程式是：

CO32-+H2O=HCO3-+OH-

产生的OH-也可以与油脂反应。

因此，在古代，人们常常用草木灰（主要成分K2CO3）洗衣ii，而碳酸钠也常常用于家庭去污。

但很可惜的是，这些盐虽然腐蚀性不强，但仍有较强的刺激性，很多使用者都会抱怨伤手，因此现代使用不广。 2.肥皂

碱与油脂的反应，俗称皂化反应。皂化反应通常指的是碱(通常为强碱）和酯反应，而生产出醇和羧酸盐，尤指油脂和碱反应。顾名思义，这是生产肥皂的反应。iii

传说在公元前7世纪古埃及的一个皇宫里，一个腓尼基厨师不小心把一罐食用油打翻在地下，他非常害怕，赶快趁别人没有发现时用灶炉里的草木灰撒在上面，然后再把这些混合浸透了油脂的草木灰用手捧出去扔掉了。

望著自己满手的油腻，他想：这么脏的手，不知道要洗到什么时候才能洗干净啊！他一边犹豫著一边把手放到了水中。 奇迹出现了：他只是轻轻地搓了几下，那满手的油腻就很容易地洗掉了。甚至连原来一直难以洗掉的老污垢也随之被洗掉了。这个厨师很奇怪，就让其他的厨师也来用这种灰油试一试，结果大家的手都洗得比原来更加干净。于是，厨房里的佣人们就经常用油脂拌草木灰来洗手。后来法老王也知道了这个秘密，就让厨师做些拌了油的草木灰供他洗手用。

这自然只是个传说，但可以看出一个事实:在使用碱性盐类进行清洁的过程中，人们无意间发现了肥皂的清洁作用。事实上，碱性盐清洁效果好的一个原因就是产生的高级脂肪酸盐（肥皂主要成分）的二次作用

肥皂的分子结构如下图所示:

肥皂里的金属离子与-COO可溶于水，分子结构上看起来像一个\"大头\"，俗称\"亲水端\"或\"亲水头\";烃基不易溶于水而易溶于油，俗称\"亲油基\"。

当衣物上的油迹或污垢涂上肥皂，并机械摩擦之后，肥皂分子就浸润到衣物的缝隙，其亲油基拼命进入油迹颗粒内，与油污结合，而亲水基则死死赖在水中，油迹就被肥皂分子拉下水。油污下水后，由于肥皂分子的“两栖”结构还具有乳化作用，又变成类似牛奶、豆浆、农药乳剂似的水包油型乳状液，使污垢分散在水中而不再回到衣物上，最后经漂洗而除去，这就是肥皂去污的最主要原理。

肥皂的历史十分悠久，随着近代工业的发展，成本降低，肥皂越来越普及，可现代肥皂逐渐被其它清洁剂取代，这是为什么?

初中化学中我们已经学到，肥皂水可以检验硬水，方程式是（以硬脂酸盐和镁离子为例）: 2C17H35COO-+Mg+=（C17H35COO）2Mg

产生的硬脂酸镁是沉淀，即我们观察到的浮渣。浮渣是没有清洁功能的。

不止镁离子，肥皂亦能与钙、铁、锰、锌、铜…等离子反应产生沉淀，这使得肥皂在硬水中的使用受限，在南方软水地区可能并没有什么影响，但在硬水地区，尤其是使用井水的地区，影响尤为明显。

近些年，人们逐渐发现肥皂污染低、去污效果不比其它清洁剂差的特点，重新重视肥皂。 部分厂商开始生产皂液，或者在肥皂里加入杀菌、去臭的成分，受到人们的欢迎。

3.其他表面活性剂

表面活性剂(surfactant)，是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为疏水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。

由此可见，肥皂其实是一种表面活性剂。事实上，现代多数洗洁精、洗衣粉、洗衣液等洗涤剂，主要都是表面活性剂。

表面活性剂的分类方法有很多，人们一般按照它的化学结构来分类。即当表面活性剂溶解于水后，根据是否生成离子及其电性，分为：

1.阴离子表面活性剂：脂肪酸盐（肥皂），十二烷基苯磺酸钠 2.阳离子表面活性剂：季铵化物

iv

3.两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型

4.非离子表面活性剂：烷基葡糖苷（APG），脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盘），聚山梨酯（吐温）iv

下面吧几类清洁剂中常用的表面活性剂列出: 阴离子 1.肥皂类

2.硫酸化物RO-SO3-M

主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类。脂肪烃链R在12~18个碳之间。 硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油，俗称土耳其红油。

高级脂肪醇硫酸酯类有十二烷基硫酸钠（SDS、月桂醇硫酸钠）

乳化性很强，且较稳定，较耐酸和钙、镁盐。在药剂学上可与一些高分子阳离子药物产生沉淀，对粘膜有一定刺激性，用作外用软膏的乳化剂，也用于片剂等固剂的润湿或增溶。

3.磺酸化物R-SO3-M

属于这类的有脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基萘磺酸化物。它们的水溶性和耐酸耐钙、镁盐性比硫酸化物稍差，但在酸性溶液中不易水解。

常用品种有：二辛基琥珀酸磺酸钠（阿洛索-OT），十二烷基苯磺酸钠，甘胆酸钠 阳离子

该类表面活性剂起作用的部分是阳离子，因此称为阳性皂。其分子结构主要部分是一个五价氮原子，所以也称为季铵化合物。其特点是水溶性大，在酸性与碱性溶液中较稳定，具有良好的表面活性作用和杀菌作用。

常用品种有苯扎氯铵(洁尔灭）和苯扎溴铵（新洁尔灭）等。 两性离子

这类表面活性剂的分子结构中同时具有正、负电荷基团，在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质。

1.卵磷脂：是制备注射用乳剂及脂质微粒制剂的主要辅料 2.氨基酸型和甜菜碱型：

氨基酸型：R-NH+2-CH2CH2COO－ 甜菜碱型：R-N+(CH3）2-COO—

在碱性水溶液中呈阴离子表面活性剂的性质，具有很好的起泡、去污作用；在酸性溶液中则呈阳离子表面活性剂的性质，具有很强的杀菌能力。

非离子表面活性剂 1.烷基葡糖苷：

一种新型的非离子表面活性剂，常见的有椰油基葡糖苷、月桂基葡糖苷、鲸蜡硬脂基葡糖苷等。

1.脂肪酸甘油酯：单硬脂酸甘油酯；

HLB为3~4，主要用作W/O型乳剂辅助乳化剂。

人工合成表面活性剂是上世纪40年代为了解决油脂不足问题而开发的，随着石油化工的发展，其越来越普及，作为现代清洁剂的主要组成部分，表面活性剂将会发展的越来越好。

iii 来自百度百科词条“油脂”(https://baike.baidu.com/item/%E6%B2%B9%E8%84%82/781726?fr=aladdin) 来自《古人洗衣多用草木灰或柴灰 当时去污明星产品》http://www.sohu.com/a/114801187_442512 iiiiv 来自百度百科词条“皂化反应”（https://baike.baidu.com/item/%E7%9A%82%E5%8C%96%E5%8F%8D%E5%BA%94） 来自百度百科词条“表面活性剂”（https://baike.baidu.com/item/%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E6%B4%BB%E6%80%A7%E5%%82/5032610?fr=aladdin