其他的清洁剂也能像肥皂一样形成胶束。所有具有这种特性的物质都被称为表面活性剂(surface-activeagents),因为它们能降低水的表面张力(surfacetension)。为了理解这个词的含义,我们需要回到刚才所说的水分子。水分子是极性分子,也就是说其内部电荷的分布是不均匀的。氧原子和氢原子通过电子键合时,氧原子有更强的吸引电子的能力,而电子带负电,因此氧原子就带有部分负电荷,氢原子则因缺乏电子而带有部分正电荷。因此,水分子就像一个有正负两极的小物体。这样的物体被称为电偶极子(electricdipole),它们彼此之间可以相互作用,因为它们的一端可以吸引另一个分子带有相反电荷的一端。这些分子间的相互作用称为偶极-偶极相互作用(dipole-dipoleinteraction)。在水分子这种情况下,它们就构成了所谓的氢键(hydrogenbond)。氢键倾向于将水分子聚集在一起。在水中的分子会被周围其他分子向各个方向吸引,并且它受到的作用力的合力会是零。而在水面上的分子只会受到一侧分子的吸引,因此整体的合力不会是零。所以,所有的**表面分子都受到水内部的吸引,这使得水的表面看起来就像有一层薄膜。这种**表面的拉力就形成了表面张力。表面张力的存在可以使某些昆虫在水面上行走,或者使小金属物体放在水面上不下沉。表面张力也与**的浸润性有关。具有高表面张力的**(如汞)不会润湿与之接触的固体。
表面活性剂,如肥皂,其分子结构具有两亲性:一端亲水,另一端疏水,这些分子被称为两亲分子(amphiphilicmolecule)。除了形成胶束,它们还以亲水端朝下、疏水端朝上的方式排列在水面。这种表面活性剂分子表面的膜会降低水的表面张力。
为了简单直观地了解表面活性剂的作用,我们可以做一个简单的实验:在杯子里装满水,撒些磨细的胡椒粉或爽身粉在水面,再把一根牙签插入水中。我们观察到了什么呢?再用提前蘸过肥皂水的牙签重复刚刚的实验,这次又看到了什么呢?我们会观察到,漂浮的胡椒粉(或爽身粉)会在牙签周围散开,如果牙签是用肥皂水处理过的,这种现象就尤为明显。水的表面张力造成了这种奇特现象。前面已经说过,表面张力表现为好像有一层拉伸的膜与**表面接触一样。正是由于这种虚拟“膜”的存在,胡椒粉(或爽身粉)的颗粒才会漂浮起来。将牙签插入**中就好像我们刺破了假想的膜,被“膜”支撑的固体颗粒就会向外移动。用肥皂处理过的牙签更有效,因为肥皂大大降低了水的表面张力,膜就会表现得像突然破裂开一样。
