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肥皂水產(chǎn)生泡沫的原理是什么,肥皂加水起泡是什么原因

【肥皂水產(chǎn)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
當(dāng)在水中使用手工皂時,肥皂分子會自然吸附于水與空氣之界面,親水基(-COO)進入水中,而憎水基(烴基端)進入空氣中,因而降低水的表面張力,經(jīng)攪拌帶入空氣后會使得溶液易于產(chǎn)生泡泡 。泡膜有一些彈性,其原理稱為Marangoni效應(yīng) 。
泡膜因有肥皂分子吸附于泡膜表面(附圖),當(dāng)泡膜被拉伸時,泡膜變薄,肥皂分子變的較少,于是表面張力升高,該處的泡膜就變的不易拉伸,而鄰近泡膜含較多肥皂分子,肥皂分子會自然向含較少肥皂分子處移動,此一自然修復(fù)現(xiàn)象,就是我們看到的泡泡彈性膜理論,稱為Marangoni效應(yīng) 。

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影響泡膜彈性的因素如下:
1.肥皂分子濃度:濃度太高時當(dāng)泡膜被拉伸后,過多的肥皂分子(附圖),隨即擴散至表面,表面張力梯度無法形成,泡膜就越拉越薄而容易破裂 。若濃度適當(dāng),就會壓縮電雙層,使肥皂分子排列更加緊密,就能增加黏度及起泡性 。
2.黏度:當(dāng)泡膜被拉伸時,黏度高可以阻礙肥皂分子移向新生表面的擴散速度,而得到較穩(wěn)定的泡膜 。
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肥皂泡泡的存在是因為液體(通常是水)的表面層接觸空氣處有一種特定的表面張力,導(dǎo)致該層的組織行為像有彈性的膜,肥皂將張力減少到大約是純水的三分之一 。肥皂不會增強泡泡,(因為極性關(guān)系,皂分子是不溶于水的)只是穩(wěn)定它們,藉由一種稱為Marangoni效應(yīng)的作用 。隨著肥皂泡膜的拉伸,肥皂分子的密度減小,使得表面張力增加 。這樣,肥皂分子選擇性的加強了氣泡的最弱部分并傾向于防止它們被進一步拉伸而移動 。另外,肥皂分子也減少了水分子的蒸發(fā),使得氣泡維持能更久 。
了解這一原理,對制做手工皂時是否該有添加物?使泡泡發(fā)揮最大作用并順利移除臟污,就有極大幫助了 。簡單的說就是利用泡泡提高懸浮高度,因為沖水時會改變膠體現(xiàn)象而導(dǎo)致臟污重新聚集成大油污;提高懸浮高度就能讓聚集的油污還來不及重新黏附于物體表面就已經(jīng)順利被水帶走了 。注注:在熱物理學(xué)中有一種馬拉高尼效應(yīng)(Marangoni Effect)當(dāng)一種液體的液膜當(dāng)受外界擾動(如溫度、濃度)而使液膜局部變薄時,它會在表面張力梯度的作用下形成馬拉高尼流,使液體沿最佳路線流回薄液面,進行“修復(fù)” 。
會有泡沫出現(xiàn)是因為這些肥皂水里有表面活性劑的存在,這也是能起到清潔作用的主要物質(zhì) 。常見的表面活性劑由兩部分組成,一部分是親水(疏油)的頭基,另一部分是親油(疏水)的碳鏈,在使用的時候,親油的碳鏈與油脂類物質(zhì)結(jié)合,然后在水的沖洗下,親水的頭基與水結(jié)合,污漬就被洗掉了 。而對于氣泡來說,其結(jié)構(gòu)是一個類似于“表面活性劑—水—表面活性劑”的三明治,隔開了兩面的空氣 。氣泡在熱力學(xué)上為不穩(wěn)定的狀態(tài),它有變薄,破裂,回復(fù)液體狀態(tài)的趨勢,而有表面活性的物質(zhì)吸附在氣泡的氣液界面上,形成單分子層,使得薄膜從局部變得過分薄而破裂,變成了整體上均勻的變薄 。這個性質(zhì)被稱為薄膜彈性(film elasticity) 。
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對于起泡的能力和清潔能力的關(guān)系:產(chǎn)生氣泡的能力只能在一定程度上反映表面活性劑的親水能力,而不能反映其碳鏈的親油能力 。所以在科技不發(fā)達(dá)的年代,清潔劑的起泡能力反映了其中表面活性劑含量的多少,含量多的自然起泡也就多了 。泡沫的產(chǎn)生確實會在一定程度上增加表面積,這樣在一定程度上可以讓表面活性劑和油脂類的污漬更多的接觸,但這并不是決定清潔效能的唯一標(biāo)準(zhǔn),如果表面活性劑的親油基團不能很有效的與油脂結(jié)合,那么清潔效能的提高也自然無從談起了 。
現(xiàn)在隨著科技的發(fā)展,已經(jīng)有低泡沫,甚至無泡沫的表面活性劑(大多是通過改變碳鏈種類,引入多個親油基團,改變親水頭基位置等等改變表面活性劑分子結(jié)構(gòu)的手段來實現(xiàn))出現(xiàn)了,所以泡沫的多少也就不能完全的代表清潔劑的清潔效力了 。當(dāng)然,市面上也有專門的消泡劑 。

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