【肥皂水产生泡沫的原理是什么,肥皂加水起泡是什么原因】泡泡膜形成原理
当在水中使用手工皂时,肥皂分子会自然吸附于水与空气之界面,亲水基(-COO)进入水中,而憎水基(烃基端)进入空气中,因而降低水的表面张力,经搅拌带入空气后会使得溶液易于产生泡泡 。泡膜有一些弹性,其原理称为Marangoni效应 。
泡膜因有肥皂分子吸附于泡膜表面(附图),当泡膜被拉伸时,泡膜变薄,肥皂分子变的较少,于是表面张力升高,该处的泡膜就变的不易拉伸,而邻近泡膜含较多肥皂分子,肥皂分子会自然向含较少肥皂分子处移动,此一自然修复现象,就是我们看到的泡泡弹性膜理论,称为Marangoni效应 。
影响泡膜弹性的因素如下:
1.肥皂分子浓度:浓度太高时当泡膜被拉伸后,过多的肥皂分子(附图),随即扩散至表面,表面张力梯度无法形成,泡膜就越拉越薄而容易破裂 。若浓度适当,就会压缩电双层,使肥皂分子排列更加紧密,就能增加黏度及起泡性 。
2.黏度:当泡膜被拉伸时,黏度高可以阻碍肥皂分子移向新生表面的扩散速度,而得到较稳定的泡膜 。
肥皂泡泡的存在是因为液体(通常是水)的表面层接触空气处有一种特定的表面张力,导致该层的组织行为像有弹性的膜,肥皂将张力减少到大约是纯水的三分之一 。肥皂不会增强泡泡,(因为极性关系,皂分子是不溶于水的)只是稳定它们,藉由一种称为Marangoni效应的作用 。随着肥皂泡膜的拉伸,肥皂分子的密度减小,使得表面张力增加 。这样,肥皂分子选择性的加强了气泡的最弱部分并倾向于防止它们被进一步拉伸而移动 。另外,肥皂分子也减少了水分子的蒸发,使得气泡维持能更久 。
了解这一原理,对制做手工皂时是否该有添加物?使泡泡发挥最大作用并顺利移除脏污,就有极大帮助了 。简单的说就是利用泡泡提高悬浮高度,因为冲水时会改变胶体现象而导致脏污重新聚集成大油污;提高悬浮高度就能让聚集的油污还来不及重新黏附于物体表面就已经顺利被水带走了 。注注:在热物理学中有一种马拉高尼效应(Marangoni Effect)当一种液体的液膜当受外界扰动(如温度、浓度)而使液膜局部变薄时,它会在表面张力梯度的作用下形成马拉高尼流,使液体沿最佳路线流回薄液面,进行“修复” 。
会有泡沫出现是因为这些肥皂水里有表面活性剂的存在,这也是能起到清洁作用的主要物质 。常见的表面活性剂由两部分组成,一部分是亲水(疏油)的头基,另一部分是亲油(疏水)的碳链,在使用的时候,亲油的碳链与油脂类物质结合,然后在水的冲洗下,亲水的头基与水结合,污渍就被洗掉了 。而对于气泡来说,其结构是一个类似于“表面活性剂—水—表面活性剂”的三明治,隔开了两面的空气 。气泡在热力学上为不稳定的状态,它有变薄,破裂,回复液体状态的趋势,而有表面活性的物质吸附在气泡的气液界面上,形成单分子层,使得薄膜从局部变得过分薄而破裂,变成了整体上均匀的变薄 。这个性质被称为薄膜弹性(film elasticity) 。
对于起泡的能力和清洁能力的关系:产生气泡的能力只能在一定程度上反映表面活性剂的亲水能力,而不能反映其碳链的亲油能力 。所以在科技不发达的年代,清洁剂的起泡能力反映了其中表面活性剂含量的多少,含量多的自然起泡也就多了 。泡沫的产生确实会在一定程度上增加表面积,这样在一定程度上可以让表面活性剂和油脂类的污渍更多的接触,但这并不是决定清洁效能的唯一标准,如果表面活性剂的亲油基团不能很有效的与油脂结合,那么清洁效能的提高也自然无从谈起了 。
现在随着科技的发展,已经有低泡沫,甚至无泡沫的表面活性剂(大多是通过改变碳链种类,引入多个亲油基团,改变亲水头基位置等等改变表面活性剂分子结构的手段来实现)出现了,所以泡沫的多少也就不能完全的代表清洁剂的清洁效力了 。当然,市面上也有专门的消泡剂 。
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