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编者按：开阔新视野，分享好知识！《新知问答》是新华网客户端和知乎联合出品的知识类问答栏目，致力在互联网海量信息中发现、聚合和传播高品质原创内容。
一、什么是泡沫？
泡沫定义：由不溶性气体分散在液体或熔融固体中所形成的分散物系。
我们用日常生活中见到的情况作为例子，比如摇晃一个封闭的矿泉水瓶，肯定会起泡，但是很快就破灭了。如果你要将矿泉水瓶里装上肥皂水，泡沫将会更加丰富，而且还不破灭，更能被小朋友拿过来吹泡泡，这是什么原因呢？为了解释这一点，下面这个图应该都能看得懂，地球上的任何事物都会受到引力，泡沫的那层水也不例外，会很自然的往下流，这就叫“排水效应”。
矿泉水也好，肥皂水也好，都会有这个“排水效应”，那么为什么肥皂水的泡沫能比水多维持那么长时间呢？不是因为纯水有问题，而是因为肥皂水中有一些物质可以对抗排水效应。这当然就是我们大名鼎鼎的表面活性剂了，有人说过，如果没有表面活性剂，有90%的化学工作者将会失业。
表面活性剂的结构大家高中都学过，有一个亲水基团和一个憎水基团（也叫疏水基团），一般来说，它们存在一定的极性，所以两个基团带有不同的电荷，但是它们在水里是如何分布的呢？如下图：
亲水基朝向里面，憎水基朝向外面
而泡沫只是一层水，这时候，表面活性剂的分布是这样的，如下图：
疏水基朝向外部的气相，亲水基朝向液内
按照前面说的“排水效应”，液相里的水是要不断往下流的，但因为表面活性剂而有了不同。
电荷排斥效应：亲水基带有同样的电荷，所以会相互排斥，这种电荷排斥撑起了泡沫层，在垂直方向维持着泡沫的稳定。
Maragoni效应：泡沫的内外层里，亲水基之间、疏水基之间都存在着电荷排斥，这种排斥力从横向撑起了泡沫层。
小结一下：
1.只要有液气混合就会有泡沫，但排水效应会加速泡沫消失，宏观上我们说的泡沫实际上是“稳泡”。
2.表面活性剂是较常见的“稳泡”物质。
英国人制造出世界上最大的泡泡
二、洗发水的清洗机理
1.我们洗去的是什么？
答：头发上的污垢主要是分泌的皮脂、汗渍、头皮屑、来自外界的灰尘、发用品的残留，如发蜡、发胶等。在这些污垢里面，能溶于水的都好办，用水一冲就溶解了。一些粒径较大的物理颗粒也好办，水一冲，手一搓，基本上也都冲刷走了。比较难洗去的就是皮脂，我们洗碗洗衣服的时候都深有感受，油锅比电饭锅难洗的不是一点两点。
所以，我们洗衣服要用洗衣粉；洗碗，要用洗洁精；洗手，要用洗手液；洗脸，要用洗面奶；洗头发，就要用洗发水啦。万变不离其宗，这些日化品的内核就五个字——表面活性剂。
2.洗发水工作原理
洗发水中含有10-20%的表面活性剂，这个浓度已经很高了，你把洗发水兑点水在手上搓搓，泡沫就起来了，这就是表面活性剂在帮忙稳泡。
细究一下洗发水的内部，由于浓度远超cmc（临界胶束浓度），表面活性剂不光分布在表面，更会在内部形成“胶束”，亲水基朝外，憎水基朝内，如下图：
中间形成球状就是胶束
而当这些胶束接触到油污后，“久旱逢甘霖”的憎水基（亲油基）就如同下图一般，紧密团结在油污的周围，将它裹的严严实实，密不透风。这些胶束带着油垢一起，从毛发或皮肤上脱落，溶入水中，如下图：
这个过程叫做乳化，通过表面活性剂将油性物质和水互溶，外观上形成乳液的效果。其实，也并不是所有的乳液都和牛奶一样，很多看起来清澈透明的化妆水也是乳液的一种，只不过是微乳液。
不同粒径乳液的外观不一样，粒径越小，越澄清透明。
三、回到问题：为啥“起的沫少就脏，起的沫多就干净”呢？
这表面活性剂也不是永动机，也要讲能量守恒、物质不灭这些基本法的，当一部分表面活性剂形成了胶束，当好了“乳化”的班，它们就无法分身，去做“起泡”的活了。
除此以外，这里更需要考虑另一个效应，就是油的消泡效应。没错，表面活性剂有稳泡的能力，一物降一物，那么我们就必须研究出来一个消泡的，消泡剂一般有：矿物油、有机硅等，特征就是表面张力比较低的物质。一般公认的消泡机理是：消泡物质必须不溶于起泡液且表面张力低于起泡液，这些不溶于起泡液的颗粒物进入泡膜内部后，引起泡沫不稳定而让泡沫破裂。
上述消泡机理
现在主流的消泡机理就有四种，化学工程师们都很谦虚，他们认为没有一种可以概括所有的消泡现象。所以，chemistry=chem is try，这真是化学化工有意思的地方。从我们生活经验来说，如果过了好几天再洗头，洗发水起的泡泡确实是少很多的，这并不是洗发水变质了，而是来自以上的道理，我们每个人都可以去试试。
我们还可以得出一个引申的结论，并不是泡沫多才说明洗发水效果好，现在很多领域都已经开始研发使用低泡的表面活性剂，比如低泡洗衣液等，因为泡沫多了，你家的洗衣机就要溢出了，这从另一个方面说明，泡沫并不是越多越好。
总之，表面活性剂是一门很神奇的科学，它可不仅仅是有起泡和乳化作用，还有很多种功能，比如：润湿、清洗、渗透、增溶、增粘等等。在各个领域都会用到，比如：纺织、日化、涂料、造纸、清洗、油田、水处理、润滑油、有机硅、农药等等。
有人说过，如果没有表面活性剂，有90%的化学工作者将会失业。现在一直流行生化环材劝退论，其实我就觉得，如果你学习表面活性剂的话，最起码不会失业。
作者：鲁超
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来源：新华号 新知问答
