初中化学趣味阅读

一生平庸

表面活性剂



潘鸿章



随着人口不断增加，人民生活水平日益提高，对洗涤剂的需用量越来越大，只靠天然生产的动植物油制肥皂，已经不能满足需要。有人计算过，每块肥皂约耗费150 g油脂，每个人平均每月消耗一块肥皂，制造全国12亿人口所需的肥皂，每年就要消耗21.6亿公斤油脂。为了节省这些食用油脂，人们就研究利用煤炭、石油加工所得到的化工原料制取肥皂代用品。20世纪初第一次世界大战期间，德国首先生产了第一批合成洗涤剂——烷基磷酸盐及烷基苯磺酸盐。在它的分子结构中，像肥皂一样，既有亲水的基因，又有亲油的基团。根据国际上有关部门规定，把这种含有亲水、亲油基因，在水中能作用于物体表面，去除污垢的物质称为表面活性剂。合成的烷基苯磺酸钠及烷基磺酸钠，以及肥皂都属于表面活性剂。迄今已有2000多种表面活性剂。按其组成不同，可以分为离子型和非离子型两类。在离子型这一类中又可分为阴离子型、阳离子型和两性型。以这些表面活性剂为主体，再添加一些助剂，就配制成合成洗涤剂。目前市场上流行的洗衣粉、餐具洗涤剂、洗涤精、浴液、洗发乳等都属于合成洗涤剂。

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阳离子表面活性剂

潘鸿章

阳离子表面活性剂，就其形式来看，正好与阴离子表面活性剂结构相反。它的分子中憎水基团（R－）所连接的亲水基团是阳离子。其结构如下图所示。 阳离子表面活性剂分子结构示意图 阳离子表面活性剂可以看作是氯化铵分子的铵根离子（NH4+）中的氢原子被烷基所取代的产物。如果NH4+中的一个氢原子被烷基（R）取代，生成R—NH2·HCl，叫做伯胺盐酸；NH4+中的二个氢原子被烷基（R）取代，生成，叫仲胺盐酸盐；NH4+中的3个氢原子被烷基（R）取代，生成，叫叔胺盐酸盐；NH4+中的4个氢原子全部被烷基（R）取代，叫季胺盐酸盐。当然，这些胺类的盐酸盐并不是由氯化铵跟烷基直接反应制取的。实际上是用酸类中和高级烷基胺或用氯代烷跟高级烷基胺反应来制取阳离子表面活性剂。 阳离子表面活性剂的水溶液大多呈酸性。由于阴离子表面活性剂的水溶液，大多呈碱性或中性，故两者不能混用。若混合就会产生沉淀，失去效能。

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阴离子表面活性剂



潘鸿章  




表面活性剂溶于水时，凡能电离生成阴离子的叫阴离子表面活性剂。它的分子中憎水基团（R－）所连接的亲水基团是阴离子。其结构可以表示如下：





阴离子表面活性剂分子结构示意图


阴离子表面活性剂是最先使用、应用范围最广、产量最多的一类表面活性剂，肥皂就是最古老的阴离子表面活性剂，它属于核酸盐类。除此之外，还有硫酸酯盐、磺酸盐、磷酸酯盐等。


洗衣粉中主要成分是磺酸盐。阴离子表面活性剂的水溶液，一般为中性或碱性。

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两性表面活性剂

潘鸿章

两性表面活性剂，是指同时具有阴、阳两种离子性质的表面活性剂。从它的结构来看，与憎水基团相连接的既有阳离子，也有阴离子。其结构可表示如下： 两性表面活性剂分子结构示意图 蛋黄里的卵磷脂是天然的两性表面活性剂。现在常用的人工合成两性表面活性剂，其阴离子部分大多是羧酸基，也有少数是磺酸基。其阳离子部分大多是胺盐或季胺盐。由胺盐构成阳离子部分的叫氨基酸型；由季胺盐构成阳离子部分的叫甜菜碱型。 氨基酸型两性表面活性剂的水溶液呈碱性。如果在搅拌下，慢慢加入盐酸，变为中性时仍无变化。至微酸性时则生成沉淀。如果再加入盐酸至强酸性时，沉淀又溶解。这就说明，呈碱性时表现为阴离子表面活性剂，呈酸性时，表现为阳离子表面活性剂。但是，当阳离子性和阴离子性正好在平衡的等电点时，亲水性变小，就生成沉淀。 甜菜碱型两性表面活性剂，最大的特点是无论在酸性、中性或碱性的水溶液中都能溶解。即使在等电点时也无沉淀。此外，渗透力、去污力及抗静电等性能也较好。因此，是较好的乳化剂、柔软剂。 *等电点是指两性电解质在溶液中电离时，酸和碱的电离度相等时的状态。

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新建文章



潘鸿章



最近市场上出现一种非离子洗衣粉。洗涤能力较强，深受消费者欢迎。这种洗衣粉是以非离子表面活性剂作活性物配制而成的。非离子表面活性剂在水中不会电离成离子，而以分子或胶束状存在于溶液中，其憎水基是链烃，亲水基大都是乙氧基（－CH2CH2－O－）、羟基或酯基等。


非离子表面活性剂一般分为聚乙二醇型和多元醇型两类。聚乙二醇型的是以环氧乙烷或聚乙二醇作亲水基原料。这类表面活性剂，大多数易溶于水，洗涤能力较强，主要用作洗涤剂、乳化剂、染色助剂。目前市场上流行的低泡洗衣粉有的就是由丙二醇与环氧乙烷加成聚合而得的聚醚类非离子表面活性剂制成的。多元醇型非离子表面活性剂包括由甘油、季戊四醇、山梨醇、失水山梨醇、蔗糖等含多个烃基（－OH）的物质生成的脂肪酸酯类，以及醇胺类的脂肪酰胺、多元醇的烷基醚等多种。

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食物“化妆品”：二氧化硫







由于食品的长期贮存、长途运输及密封包装的需要，食品防腐已成为食品工业发展中的重要问题。防腐剂的使用，不仅可以延长食品的贮存期和货架期，而且还可以防止食品产生有毒微生物，因而对食品工业的发展发挥了巨大作用。防腐剂按来源和性质可分为两类：有机化学防腐剂和无机化学防腐剂。其中，二氧化硫是无机化学防腐剂中很重要的一位成员。


二氧化硫被作为食品添加剂已有几个世纪的历史，最早的记载是在罗马时代用做酒器的消毒。后来，它被广泛地应用于食品中，如制造果干、果脯时的熏硫；制成二氧化硫缓释剂，用于葡萄等水果的保鲜贮藏等。


二氧化硫在食品中可显示多种技术效果，一般称它为漂白剂，因为二氧化硫可与有色物质作用对食品进行漂白。另一方面二氧化硫具有还原作用，可以抑制氧化酶的活性，从而抑制酶性褐变。总之，由于二氧化硫的应用可使果干、果脯等具有美好的外观，所以有人称它为化妆品性的添加剂。二氧化硫在发挥“化妆性”作用的同时，还具有许多非化妆作用，如防腐、抗氧化等，这对保持食品的营养价值和质量都是很必要的。


长期以来，人们一直认为二氧化硫对人体是无害的，但自Baker等人在1981年发现亚硫酸盐可以诱使一部分哮喘病人哮喘复发后，人们重新审视二氧化硫的安全性。经长期毒理性研究，人们认为：亚硫酸盐制剂在当前的使用剂量下对多数人是无明显危害的。还有两点应该说明的是：食物中的亚硫酸盐必须达到一定剂量，才会引起过敏，即使是很敏感的亚硫酸盐过敏者，也不是对所有用亚硫酸盐处理过的食品均过敏，从这一点讲，二氧化硫是一种较为安全的防腐剂。


专家们认为，尽管在食品中使用现在规定剂量的二氧化硫对多数消费者无害，但还是应该制定一套亚硫酸盐在食品中应用的办法，以保护那些对亚硫酸盐过敏的人。这种限制性办法的实施，目前是以确定二氧化硫的残留量为依据，比如对蘑菇护色和防腐以及葡萄的保鲜贮藏都用二氧化硫，从报告来看，残余量都很低，是否能对人产生危害，需要进一步确定。

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钢铁为什么容易生锈



潘鸿章



据统计，全世界每年由于钢铁制品锈蚀而损失的数量，相当于全年钢铁总产量的l/4。为什么钢铁制品容易锈蚀，而且损失严重呢？


首先因为铁在潮湿的空气中跟二氧化碳接触时，表面就会被一层酸性电解质溶液所包围。


由于钢铁中都含有少量碳，当表面覆盖着弱酸性电解质溶液时，表面就形成了若干原电池，铁是负极，碳是正极。铁作为负极就会失去电子被氧化：


Fe－2e-→Fe2+


Fe2+再继续与氧气发生反应


4Fe2++O2+2H2O==4Fe3++4OH-


Fe3+与OH-生成氢氧化铁沉淀。空气中的二氧化碳跟氢氧化铁反应，就生成红褐色的碱式碳酸铁。此外，铁与空气中的氧气反应还生成氧化铁，这些铁的化合物就是铁锈的主要成分。


钢铁锈蚀与铝生锈不一样，铝表面氧化后生成一层致密的保护膜，可以阻止氧气继续向内侵蚀。而钢铁生锈时，铁锈的结构很疏松。因此，氧气、二氧化碳和水蒸气可以继续向里“进攻”，所以铁锈越来越厚，直到把钢铁全部锈蚀完。


为了防止钢铁制品锈蚀，人们已经想出了许多有效办法，如在表面镀上一层耐腐蚀的金属（如铬、镍、锌、锡等）、涂上油漆、镀上搪瓷等。