我和你——表面活性剂的成名之曲

发布时间:2012-05-15

魏晨阳 

在自然界中,很多物质是由分子构成的。对于喜欢和水混在一起的分子,我们叫它“亲水分子”;相反,喜欢和油混在一起的那些分子往往不容易与水混各,我们称其为“疏水分子”。然而并非所有的事物都是黑白分明水火不融,自然界中存在着一类物质,我们叫作“表面活性剂”,就是典型的两面派。

表面活性剂往往是像蛇一样的长链状结构,有一个亲水的脑袋,一条疏水的尾巴。

当这样的长链蛇遇到亲水物质,就把头凑上去;遇到疏水物质,就把尾巴摆过去。在水中的时候,水分子友好地接受了亲水的头部,极力排斥疏水的尾部;对应地,在油或者其它疏水物质里正好相反。于是,表面活性剂分子最终都聚集到界面上,把亲水的头向着水的这边,把疏水的尾巴伸到疏水的那边,并且长链蛇被拉直后变得像火柴棒一般。这样,最外层的水分子接触的是亲水头,疏水那面的最外层接触的是疏水尾,水和油的分子都误以为自己不在表面,也就不再拼命往里挤,导致界面张力大大降低。而作为两面派的表面活性剂,不再受到双方的排挤,就安稳地存在于两者间的界面,像竖起的火柴棒一样利用自己的头、尾和躯干将油水不融的我和你连接为一体。

如果这种火柴棒太多,界面上排不下,其它的就被挤入水中。当它们在水中的浓度很低的时候,偶尔见到一两个同胞,想团结以来共同生存,也很快被水分子们无意的冲撞破坏,在净水中无法稳定地存在。如果他们的浓度比较高,很容易找到它们的同类组织起来,疏水的尾巴向里,亲水的脑袋向外,形成一个圆球。这样,对外完全是一幅亲水的形象,也就获得了生存的空间。可以想像,疏水端挤在圆球的内部,对内则形成了一个小小的空间。这个小小的空间可以被化学家当成一个迷你的反应容器,学名称为“胶束”。

如果水中有疏水脏东西,比如餐具上的油污,或者衣服上的污渍,情况就更热闹了,表面活性剂分子们会如获至宝般地把疏水的尾巴插进去,最后的结果也是形成一个亲水脑袋向外的球体,而污渍就被包在了里面,随着水的流走离开了餐具或者衣服。这就是表面活性剂去污的原理。不同的疏水端结构对不同的疏水物质有不同的亲合力,因此表面活性剂对不同的“表面”能起到的“活性”也有针对性和选择性,也由此可知为什么有些去污剂对一些污渍有特效。

这些事都发生在人们称之为胶体体系的1nm~100nm尺度范围内。回头看看,我们人体自身也是一个复杂的胶体体系,各种起到表面活性剂作用的物质也正在我们的人体中起着至关重要的作用。回溯到生命的起点,当我们还是一颗精子时,会不会有表面活性剂影响我们的各种行为呢?我大胆地提出一种设想,由于人类的性别是由形成受精卵时携带X或Y染色体的精子决定的,或许某种表面活性剂会对X精子和Y精子分别产生不同的活性效果。那么,抛开健康问题先不谈,经常接触这类表面活性剂的育龄男女会不会因此影响下一代的性别?