你是否想過，

油膩的碗盤為什麼不能沖水洗淨？

用水洗臉可以卸妝嗎？

漱口可以洗淨牙齒嗎？

為什麼水對某些物質的清潔效果消失了呢？

洗碗精、洗面乳、牙膏究竟和水有何不同？

這些泡沫排放後會對環境造成什麼影響嗎？

有些物質可溶於水，

稱為水溶性物質；

有些物質難溶於水，

卻溶於有機溶劑，

稱為油溶性物質。

如果要將衣服上的油汙沖水洗淨，

就要借助一種雙性物質的幫助，

既能拉攏油汙，

也能跟著水一起沖離，

這種物質就稱為「界面活性劑」。

你想到了嗎？

除了洗衣精之外，

家中常見的肥皂、牙膏、洗面乳、洗碗精等，

都屬於界面活性劑。

界面活性劑

究竟要如何拉攏油和水呢？

其實是跟它的結構有關。

若以肥皂中最常見的成分「硬脂酸鈉」為例，

左側是由長鏈狀的碳鏈所組成，

此處的碳數達十八個，

通常碳數在十個以上便會對油分子產生很強的作用力，

稱為親油基或疏水基；

右側則是由帶有負電荷的原子團所構成，

對水分子的作用力很大，

稱為親水基。

兼具親油基與親水基這兩個重要結構的界面活性劑，

究竟是如何對衣料上的油汙發揮去汙功效的呢？

一般來說，

界面活性劑去除衣料纖維上的油汙可以區分為兩個階段。

首先是界面活性劑一加到水中，

親水基結構就會立刻和四周的水分子產生吸引力，

導致水分子與水分子之間的作用力變弱，

也就是降低了水的表面張力，

這個階段稱為表面作用，

此作用使得水分子比較容易滲入衣料纖維之中。

接著是界面活性劑上的眾多親油基經由攪拌或搓洗，

會與油分子結合，

形成眾多微胞。

這些微胞表面為帶負電的親水基，

可分散在水中，

並彼此排斥而形成乳液，

這個階段稱為乳化作用。

此時只須大量清水沖洗，

眾多親水基便會帶著原先包圍著的小油滴一起隨水離開，

衣料上的油汙便可被水去除了。

同學們請想一想，

如何用自然界的物質製造界面活性劑呢？

天然界面活性劑在使用上有無限制呢？

肥皂可由天然油脂和強鹼的反應製得，

稱為皂化反應。

油脂和氫氧化鈉反應會生成甘油和弱鹼性的脂肪酸鈉，

即為肥皂，

再加入飽和食鹽水，

使肥皂和甘油分離，

此方法稱為鹽析法，

最後再經由加工便可製得成品。

以主要成分為脂肪酸鈉的肥皂為例，

其結構的兩種表示法如下，

左側是長碳鏈，

和油分子的性質相似，

是親油基的部位；

而帶電荷的羧酸根易溶於水中，

是親水基的部位，

因此肥皂分子可以再精簡成畫面圖示的表示方式。

說到這裡，

你覺得肥皂這個界面活性劑有使用限制嗎？

如果水中有鈣離子或鎂離子存在時，

會和肥皂的脂肪酸根發生離子沉澱反應，

例如：和硬脂酸根生成難溶性的硬脂酸鈣（俗稱鈣肥皂）

或硬脂酸鎂（俗稱鎂肥皂），

使親水基與親油基無法發揮作用，

因此，

肥皂在硬水中的清潔效果會降低。

此外，

由於動物性纖維由蛋白質構成，

既不耐酸，

也不耐鹼，

因此弱鹼性的肥皂不適合用來清洗動物性纖維衣料。

肥皂對環境有負面的影響嗎？

肥皂在清潔後所生成的泡沫，

容易被細菌或微生物所分解，

因此雖然會造成BOD或COD上升，

對水質的汙染會比下面所提到的合成清潔劑小。

生活中琳瑯滿目的界面活性劑可以人工合成嗎？

這些界面活性劑會造成何種影響呢？

利用石油化學原料可人工合成常見的合成清潔劑，

例如洗碗精、沐浴乳等。

其結構的示意圖如畫面所示。

其中左側的長碳鏈為親油基，

右側的苯磺酸根易溶於水，

故為親水基。

由於和肥皂一樣兼具親油基和親水基，

因此去汙原理與肥皂相同。

合成清潔劑又有何使用限制呢？

合成清潔劑與鈣離子或鎂離子不會發生反應，

因此在硬水中仍保有清潔效果。

此外，

中性的合成清潔劑可用於清潔蠶絲或羊毛等動物性纖維衣料，

這是和肥皂不同的地方。

合成清潔劑對環境會有負面影響嗎？

在對生態的影響部分，

由於合成清潔劑的長碳鏈可能有兩種結構，

一種具有支鏈，

另一種是長直鏈。

其中支鏈型清潔劑形成的泡沫不易被細菌或微生物分解，

因此稱為硬性清潔劑；

直鏈型清潔劑所形成的泡沫則易被細菌或微生物分解，

因此稱為軟性清潔劑。

兩者結構之示意圖如畫面所示。

由於硬性清潔劑產生的泡沫不易被分解，

因此會造成泡沫汙染，

應避免使用。

界面活性劑在生活中有哪些應用呢？

如果以功能進行區分，

大約可以包含去垢劑、柔順劑、乳化劑和發泡劑等四種類別。

聽完這些介紹，

是否覺得界面活性劑其實和我們的生活密切相關呢！

來總結這支影片的學習內容吧！

肥皂與合成清潔劑可說是各有各的特色。

肥皂是由天然油脂和強鹼反應得到，

故在水中呈鹼性；

清潔劑則是由石油化學原料製成。

在結構部分，

兩者都具有長碳鏈的親油基，

但親水基的組成成分不同，

其中肥皂的帶負電原子團是羧酸根，

合成清潔劑大多是苯磺酸根。

但由於兩者都有親油基和親水基，

因此去汙原理是相同的。

在優缺點的比較。

肥皂的泡沫容易被細菌或微生物分解，

不易對水質造成長期汙染，

不過在硬水中會跟鈣離子或鎂離子生成難溶性的沉澱，

影響清潔效果，

同時因為肥皂在水中呈鹼性，

因此不適合洗滌動物性纖維的衣料。

合成清潔劑在硬水中不會生成沉澱，

保有清潔效果。

親油基若為長直碳鏈結構，

稱為軟性清潔劑，

形成的泡沫可被細菌或微生物分解；

若為具支鏈的碳鏈結構，

稱為硬性清潔劑，

形成的泡沫便不易被細菌或微生物分解。

中性的合成清潔劑可用於洗滌動物性纖維衣料，

例如：蠶絲、羊毛等。