人們為了整潔、美觀就要經常將衣服、被褥及日用餐具、茶具進行洗滌。這一化學過程在生活中甚為廣泛。從簡單的肥皂到現在各種復雜的洗滌產品，洗滌劑的進步代表了化學工業的發展與人類對生活質量的更高要求。能夠了解肥皂以及其它的衍生產品的洗滌原理，并對使用方法以及對環境的影響有一個條理的分析，對于生活中使用洗滌劑也有很好的指導作用。

一、肥皂的發明

肥皂要比洗滌劑早得多，據說早在三千多年前，羅馬城外的圣波山上，肥皂被人們無意中制造出來了。在這座圣山上，人們燃燒貢品時，油脂順勢滴落到草木灰上成為最原始的肥皂，這些肥皂滲入到周圍的粘土中。人們發現，當他們坐在這些粘土上，衣服沾上了粘土后反而比以前更容易洗干凈。人們開始奉為圣土，后來才知道這是人們無意中的勞動收獲。

公元70年，羅馬的學者蒲林尼描述了用山羊油脂和柴灰制造肥皂的過程。在這個過程中要加入另一種東西----海鹽。它能使肥皂浮在混合液上面，這就是我們今天所說的鹽析作用。這個記載恐怕是對肥皂工業最早的描述了。由于當時產量很低，因而只能供有錢人使用，是污穢者的奢侈品。

1791年法國化學家尼考爾斯·菜布蘭茲用氯化鈉水溶液電解制得氫氧化鈉，從此以后，肥皂才成為平民百姓都用得上的東西。然而，并非每個人都知道肥皂是什么東西。

從1811～1823年柴夫盧爾對肥皂產品進行研究后，令人滿意地解釋了什么是肥皂以及制造肥皂的化學反應。

二、肥皂的制造原理

油脂和氫氧化鈉共煮，水解為高級脂肪酸鈉和甘油，前者經加工成型后就是肥皂。肥皂實際上是長鏈有機羧酸的鈉、鉀或三乙醇胺[N(CH2CH2OH)3]的鹽。其它羧酸的這些鹽也是工業肥皂，但它們沒有去污、清潔作用。

把動物脂肪或植物油跟氫氧化鈉溶液按一定比率放在皂化鍋內加熱、攪拌，使之發生皂化反應。反應完成后，生成的高級脂肪酸鈉鹽、甘油和水形成了混合物；再向鍋內加入食鹽細粒，攪拌，靜置，使高級脂肪酸鈉從混合物中析出，浮在液面，從而跟甘油、食鹽水分離，這個過程就叫做鹽析。這樣得到的肥皂含50％～60％水，是糊狀的。把它繼續加熱脫水，當剩下約30％水時就能夠制成固體、糕狀的棒，再把它風干到只剩下10％～15％水分時，就可切成塊。再進一步干燥到含水僅5％～10％時就可作成粉末。

反應方程式為：

(C17H35COO)3C3H5＋3NaOH（溶液）＝3C17H35COONa+C3H5(OH)3

上面的反應就能夠解釋古羅馬人制造肥皂的過程。作祭品的動物脂肪中含有甘油三酸酯，柴灰的水解物中含有氫氧化鉀或氫氧化鈉，當它們一起被加熱時脂肪就被分解生成少量的甘油和肥皂。

三、肥皂的種類

通常以高級脂肪酸的鈉鹽用得最多，一般叫做硬肥皂。其鉀鹽叫做軟肥皂，多用于洗發刮臉等。其銨鹽則常用來做雪花膏。

根據肥皂的成分，從脂肪酸部分來考慮，飽和度大的脂肪酸所制得的肥皂比較硬；反之，不飽和度較大的脂肪酸所制得的肥皂比較軟。肥皂的主要原料是熔點較高的油脂。

從碳鏈長短來考慮，一般說來，脂肪酸的碳鏈太短，所做成的肥皂在水中溶解度太大；碳鏈太長，則溶解度太小。因此，只有C10～C20的脂肪酸鉀鹽或鈉鹽才適于做肥皂，實際上，肥皂中含C16～C18脂肪酸的鈉鹽為最多。

肥皂中通常還含有大量的水。在成品中加入香料、染料及其他填充劑后，即得各種肥皂。

普通使用的黃色洗衣皂，一般摻有松香，松香是以鈉鹽的形式而加入的，其目的是增加肥皂的溶解度和多起泡沫，并且作為填充劑也比較便宜。

白色洗衣皂則加入碳酸鈉和水玻璃（有含量可達12%），一般洗衣皂的成分中約含30%的水分。如果，把白色洗衣皂干燥后切成薄片，即得皂片，用以洗高級織物。

在肥皂中加入適量的苯酚和甲酚的混合物（防腐，殺菌）或硼酸即得藥皂。

香皂需要比較高級的原料，例如，用牛油或棕櫚油與椰子油混用，制得的肥皂，弄碎，干燥至含水量約為10～15％，再加入香料、染料后，壓制成型即得。

液體的鉀肥皂常用作洗發水等，通常是以椰子油為原料制得的。

四、肥皂去污的機理

天然原料制的肥皂使用4種脂肪：牛油、棕櫚油、椰子油和橄欖油。

有機酸要有洗滌本領必須含有9個碳以上的長鏈，而且洗滌本領隨著碳鏈的增長而增強。然而，分子含18個碳以上的肥皂是不溶于水的，即使在熱水中也不溶解。油酸（恰好含18個碳）是十分好的洗滌劑，因為它的順式雙鏈在第九和第十個碳原子之間，即在分子的正中間。

事實上，大多數有機洗滌劑都制成偶極分子，分子是由12～18個碳原子組成的長鏈。一端含疏水基團（排斥水的），另一端是親水基團（吸引水的）。

因此，含18個碳的肥皂具有較好的洗滌本領，而分子含12個碳的肥皂在水中的溶解性就增強了。由含18個以上碳的長鏈分子組成的肥皂只用作擦洗的填充劑。這種擦洗劑需要有去污本領而無需溶解性。

要改進肥皂的洗滌性能，就必須先弄清肥皂能去污的機理。去污的過程是用很薄的膜除去臟物和油污，這層薄膜把臟物帶到溶液中，乳化或呈懸浮狀除去。此外，作為洗滌劑要能降低水界面的表面張力，從而使洗滌液能滲入到織物細小的縫隙中，加快織物濕潤的過程。

一個物質要具有去污能力，首先必須能降低溶液的表面張力。純水的表面張力為每厘米272個達因。但作為有效的洗滌劑必須把表面張力降低到每厘米230達因，把表面張力降到這個值只需要很少洗滌劑就足夠了。

作用在一個水分子上的典型的作用力，可使水面上的分子進入溶液中---這就產生了表面張力。肥皂的分子被加到水中時，它會浮到水面上，因為在有機物的那端（疏水的）受極性的水分子所排斥。由于肥皂分子在水表面受水分子排斥，從而產生了一個對抗水分子相互吸引的力，結果就減少了表面張力。當肥皂水加到織物纖維中時，附在織物表面的油就聚成小油滴并離開織物表面。肥皂中有機物的那一端溶解在油中并使它離開織物纖維。與此同時，水在下面不斷蠕動，加快了油滴離開的速度。在棉纖維中的極性基團（如纖維素中的羥基-OH）能吸引水，使水擴散（滲透）整個織物。

總的來說，除污去垢的反應大體是相似的。然而，因為污物可能是電中性的，或帶正電荷的或帶負電荷的。所以，對這個簡單的理論進行一些修正也是必要的。

五、肥皂的去污原理

最主要的原理在于它的分子結構。肥皂是高級脂肪酸的鈉鹽，它的分子可分為兩部分：一部分是極性的羧基，它易溶于水，是親水而憎油的，叫做親水基；另一部分是非極性的烴基，它不溶于水而溶于油，是親油而憎水的，叫做憎水基。(其分子形似蝌蚪或火柴桿。它的大“頭”是極性的羧基，易溶于水，為親水憎油基。它的長“尾”為非極性的羥基，與有機物互溶，為親油憎水基)在化學上稱為“相似相容原理”。

例如：當肥皂溶于水時，在水面上，肥皂分子中親水的羧基部分傾向于進入水分子中，而憎水的烴基部分則被排斥在水的外面，形成定向排列的肥皂分子。這種高級脂肪酸鹽層的存在，削弱了水表面上水分子與水分子之間的引力，所以肥皂可以強烈地降低水的表面張力，因而是一種表面活性劑。

當肥皂在水中的濃度較低時，肥皂分子是以單分子形式存在的，這些分子聚集在水的表面，即親水基團進入水中，憎水基團被排斥在水的外面。

當水中肥皂的濃度逐漸增大時，水的表面上聚集的肥皂分子逐漸增多而形成單分子層。

繼續增大肥皂的濃度時，由于水的表面已被占滿，水溶液內部的肥皂分子中憎水的烴基開始彼此靠范德華力聚集在一起，而親水的羧基包裹在外面，形成膠體大小的聚集粒子，稱為膠束。肥皂的膠束呈球形，形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。

在臨界膠束濃度前后，去污能力與肥皂的濃度有很大的關系：低于臨界膠束濃度，去污能力隨肥皂的濃度的下降而急劇下降。達到臨界膠束濃度時，水的表面已被占滿，水的表面張力降至最低。超過了臨界膠束濃度，去污能力幾乎不能隨肥皂的濃度而改變。再增大水中肥皂的濃度，只能增加溶液中膠束的數量。其他的洗滌劑也是如此。

在洗滌衣物時，當衣物上的油跡或污垢涂上肥皂，肥皂分子就浸潤到衣物的縫隙，肥皂分子中憎水的烴基部分就溶解進入油污內，其親油基拼命進入油跡顆粒內，與油污結合，而親水基則死死賴在水中，親水的羧基部分則伸在油污外面的水中，油跡就被肥皂分子拉下水。油污下水后，油污被肥皂分子包圍形成穩定的乳濁液。由于肥皂分子的“兩棲”結構還具有乳化作用，又變成類似牛奶、豆漿、農藥乳劑似的水包油型乳狀液，使污垢分散在水中而不再回到衣物上，在洗滌過程中，肥皂分子將油脂和污垢包圍起來并將其分解成許多小塊，通過機械摩擦、搓揉和水的沖刷，油污等污物就脫離附著物分散成更小的乳濁液滴進入水中，隨水漂洗而離去。這就是肥皂去污的最主要作用，就是肥皂的洗滌原理，

六、肥皂的缺陷

自從肥皂去污原理被人們認識之后，人們就試圖改進它們的性能。因為肥皂存在不少弊病。肥皂雖然具有優良的洗滌作用，但也還有一些缺點。

⒈ 它在冷水中溶解得不好，在熱水中才能較好地溶解。

⒉ 肥皂不宜在酸性水中使用，在酸性溶液中它不能很好地發揮洗滌作用，因為它在酸性溶液中會分解成不溶性的酸性肥皂和脂肪酸的團塊。

⒊ 肥皂有一天生弱點，即怕硬水。肥皂不宜在硬水中使用，肥皂會與水中的鈣、鎂、鋁及鐵等元素反應，生成不溶于水的脂肪酸鈣鹽(或硬脂酸鎂)沉淀（生成所謂金屬皂），破壞了其去污能力。這就是盆、桶盛了肥皂水后出現環狀污垢，織物用肥皂洗后出現一層不明顯的薄膜的原因。這樣不僅浪費肥皂，而且去污能力也大大降低。肥皂在軟水中是很好的清洗劑。但遺憾的是我們日常生活中使用的水，特別是廣大農村所用的水常常是硬水。

⒋ 制造肥皂，要消耗大量的動、植物油，所以近年來，根據肥皂的洗滌原理，合成了許多具有表面活性作用的物質。這些物質就叫做合成表面活性劑，它不僅可供洗滌用，而且還有其他方面的用途。

而洗衣粉等合成洗滌劑，其原料是石油、硫酸、十二烷基苯磺酸鈉是典型的兩棲分子。洗衣粉去污能力比肥皂強，適應性也比肥皂廣。洗衣粉中的三聚磷酸鈉能和硬水中的鈣、鎂離子生成一種可溶于水的絡合物，因此不影響其除污垢的效果。

總之，隨著人們生活水平的提高，各種新型的洗滌劑不斷投入市場。這些產品豐富了我們的生活，給我們帶來了整潔、干凈、舒適的環境。但與此同時，我們必須對洗滌水造成的水質污染問題引起足夠的重視，防患于未然。