同學們，

還記得界面活性劑的構造嗎？

這種構造的分子具有什麼特性呢？

界面活性劑的親水基和親油基一定會發揮功效嗎？

我們能不能設計一個簡易的實驗來驗證一下呢？

為了達到綠色化學的減廢與減量精神，

接著我們將以微量藥品為設計出發點，

設計實驗來了解界面活性劑的效應。

在設計一個實驗時，

首先要訂定實驗的目的，

本實驗目的是：

了解常見界面活性劑在油和水互溶時的作用，

和硬水中鈣離子與鎂離子對不同界面活性劑造成的影響。

確定實驗目的後，

接下來要選擇實驗的對象，

也就是我們要選定哪一種物質

來代表不同的物質或界面活性劑進行實驗？

想一想，

哪些界面活性劑是隨手可得的？

你想到了嗎？

洗手乳、洗碗精、洗髮精等生活中常見的清潔用品，

都是隨手可得的界面活性劑，

而這些界面活性劑的都是由石化原料製成，

因此屬於合成清潔劑。

肥皂是另一類界面活性劑，

是由天然油脂和強鹼（氫氧化鈉）做為原料而製得，

市面上的香皂、藥皂、肥皂絲等都屬於肥皂。

選擇肥皂和合成清潔劑為實驗對象後，

接下來要思考實驗的方式。

想一想，

想清楚看到油和水的界面變化，

可以做什麼設計？

你想到了嗎？

可以加入顏料將水溶液或油溶液染色，

以便能更清楚觀察界面的變化。

本實驗的藥品包含蒸餾水20毫升、

肥皂水（或以硬脂酸鈉溶液代替）12毫升、

稀釋洗碗精12毫升、

染紅色的沙拉油14毫升、

0.1M氯化鈣溶液4毫升

和0.1M氯化鎂溶液4毫升。

本實驗用到的器材部分共包含

滴管6支、試管7支、試管蓋7個、試管架以及攪拌棒7支等。

接著來進行實驗吧！

本實驗的目的是測試肥皂水和洗碗精

在油水互溶時發揮的作用

和在硬水中的效果，

我們可以把實驗分為兩個階段

第一階段是以肥皂為主角，

先取四支試管A、B、C、D，

分別加入蒸餾水6毫升、蒸餾水2毫升、

氯化鈣溶液2毫升、氯化鎂溶液2毫升，

接著於B、C、D試管分別加入肥皂水溶液4毫升，

再於A、B、C、D試管各加入沙拉油2毫升。

用玻璃棒輕輕攪拌後靜置3分鐘，

觀察顏色及分層情形，

並拍照或紀錄下來。

A試管未加入肥皂水溶液為對照組，

上層是紅色的沙拉油，

下層是蒸餾水。

我們發現，

只有試管B的溶液完全混合成紅色，

並產生泡沫，

肥皂液發揮了界面活性劑的效果，

使油和水可以相互混合；

而試管C、D的上層仍舊是紅色的沙拉油，

下層為白色混濁，

也就是肥皂會和水中的鈣離子、鎂離子發生反應，

生成白色的沉澱物，

無法發揮界面活性劑的能力。

接下來的第二階段是以合成清潔劑為主角，

測試洗碗精在硬水中的效果如何。

取三支試管E、F 、G，分別加入蒸餾水2毫升、

氯化鈣溶液2毫升、氯化鎂溶液2毫升，

接著在各試管中分別加入洗碗精溶液4毫升，

最後再分別加入沙拉油2毫升。

用玻璃棒輕輕攪拌後靜置3分鐘，

觀察顏色及分層情形，

並拍照或紀錄下來。

我們發現，

試管E、F、G全部都混合成紅色，

並產生泡沫，

這表示清潔劑在鈣離子、鎂離子存在時，

仍然不受影響，

持續發揮界面活性劑的效果。

以下四個問題要請同學思考，

首先，

界面活性劑是水溶性，

還是油溶性呢？

為什麼？

答案為兩者都是，

因為有親水基可以溶於水，

也有親油基可以溶於油。

哪些試管含有硬水中的成分？

該成分是什麼？

想到了嗎？

我們可以觀察試管C、D、F、G。

其中C、F中的鈣離子與硬水成分相同，

D、G中的鎂離子與硬水中的成分相同。

哪些試管中有沉澱物？

該沉澱物的成分是什麼？

試管C、D有沉澱物。

肥皂的成分為硬脂酸鈉，

溶於水後會解離出有界面活性劑效果的硬脂酸根。

試管C的沉澱是鈣離子

和硬脂酸根反應生成的難溶性之硬脂酸鈣，

俗稱鈣肥皂；

試管D的沉澱物則是硬脂酸鎂，

俗稱鎂肥皂。

為何硬水中不適合用肥皂清洗衣物？

因為肥皂中有界面活性劑效果的硬脂酸根，

已經和硬水中鈣、鎂離子生成難溶性沉澱，

所以肥皂在硬水中不起泡，

無法發揮清潔衣物的功效。

本實驗藥品雖然沒有毒性，

但為了落實綠色化學精神，

請同學確實依照畫面的實驗廢棄物處理方式來處理。

完成界面活性劑效應的實驗後，

最後我們來做個重點整理。

界面活性劑具有親水基和親油基的獨特結構，

使它既是水溶性，

也是油溶性。

肥皂及清潔劑可以使油、水的界面消失，

使兩者均勻混合並起泡。

硬水的主要成分是鈣離子與鎂離子，

和硬脂酸根會反應生成硬脂酸鈣與硬脂酸鎂沉澱。

肥皂在鈣離子與鎂離子存在時，

無法使油和水互溶，

且會在試管底處生成沉澱。

而清潔劑在鈣離子與鎂離子存在時，

仍可以使油、水的界面消失，

使兩者均勻混合並起泡。