化学自习室移动版

一、洗涤剂为什去污——从表面活性剂开始

人类社会中我们把人分成“好人”“坏人”两种极端情况，尽管绝大多数人是介于好坏之间。还有一种人在好人面前像好人，坏人面前做坏人，我们叫他们“两面派”。在自然界，也有类似的情况。对于喜欢和水混在一起的分子，我们叫它“亲水分子”，比如普通玻璃表面上的那些分子；相反，对于与水分子不共戴天，喜欢和油混在一起的那些，称为“疏水分子”，比如，荷叶表面上的那一层物质。如果说静电的世界里，通行准则是“同性相斥，异性相吸”，那么在界面的世界里就是“物以类聚，人以群分”，或者“党同伐异”。

就像好人坏人是相对的一样，亲水疏水也是相对的。或者说，亲水疏水也有着程度的差别。当强行把亲水分子和疏水分子摁在一起，强扭的瓜不甜，乱点的鸳鸯要散，它们死活就是要分开。其原因在于，二者呆在一起需要的能量过大，双方都想回到故乡和同胞聚在一起，结果就是拼命减小界面。

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。它们有一个亲水的脑袋，一条疏水的尾巴。遇到亲水物质，就把头凑上去，说“你看，我们是亲戚”；遇到疏水物质，就把尾巴摆过去，说“看，我们长得挺象”。但是呢，自然界的物质明察秋毫，群众的眼睛贼亮贼亮。当这样的两面派在水中的时候，水分子们说“我们倒是可以接受你的脑袋，但是你那尾巴实在讨厌”；在油或者其它疏水物质里呢，群众们就说“把脑袋藏起来就以为我们不认识你了么？”于是，极度郁闷的表面活性剂们到处不招人待见，只好跑到界面上，把亲水的头向着水的这边，把疏水的尾巴伸到疏水的那边。这样，最外层的水分子接触的是两面派的亲水头，疏水那面的最外层接触的是两面派的疏水尾巴。虽然不是同胞，但是总算不用和不共戴天的仇人呆在一起了，那些分子也就不再拼命往里挤，所以界面张力大大降低。而作为两面派的表面活性剂，也不再受到双方的排挤，总算有个安身立命之所。大概也算得上皆大欢喜。

如果两面派太多，界面上挤不下，其它的就只好在水中苦苦挣扎。当它们在水中的浓度很低的时候，一个个就象孤魂野鬼，四处游荡。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。如果他们的浓度比较高，很容易找到它们的同胞，就组织起来，疏水的尾巴冲里，亲水的脑袋冲外，形成一个圆球。这样，一个两面派团体出现在群众面前的时候，完全是一幅亲水的形象，不那么招水们厌烦，也就获得了生存的空间。如果有脏东西，比如餐具上的油污，或者衣服上的污渍，它们都是一些疏水的东西（所以用水洗不掉），两面派分子们就如获至宝，哭着喊着把疏水的尾巴插进去，比买打折商品还积极。无数两面派分子都把尾巴插进污渍，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。

二、洗涤剂的发展——有磷与无磷

人类最初是用皂角之类的东西洗衣服，肥皂的发明算得上是一大进步。作为一种表面活性剂，肥皂大大提高了去污能力。但是，水中的钙镁等离子会与表面活性剂结合，不但让被结合的表面活性剂失去了作用，而且结合物本身会成为新的沉积物。洗衣粉的成分除了表面活性剂，还加入了一些别的辅助成分，以增加洗涤效果。其中最重要的是磷酸盐，磷酸阴离子与钙镁离子的结合能力大大高于表面活性剂，它们的“舍生取义”保护了表面活性剂。因为磷酸盐比表面活性要便宜，所以在洗衣粉中加入磷酸盐降低了洗涤成本，受到了洗衣粉厂家的欢迎。一般的含磷洗衣粉中，磷的含量在10%上下。

磷酸盐本身对于人类并无危害，之所以成为环境杀手其实是正因为它是植物生长的营养成分。在湖泊等水域中，总是存在着藻类。藻类的生长需要碳、氮、磷这些主要营养成分。一般情况下，碳和氮都不会缺乏，于是磷就成了藻类生长的限制因素。生活污水中含有的磷沉积到湖中，对于藻类来说简直是雪中送炭。一公斤的磷，能长出700公斤的藻类。很多洗涤剂中还包括一些漂白剂，通常成分含有氯元素，进入环境中也成为一种污染源。一般的表面活性剂，在高温下的活性高，所以通常的洗涤剂在热水中的效力比较高，这也是洗衣服洗碗用热水容易洗干净的原因。

不难看出，洗涤剂导致环境危害的原因，都是保持洗涤效果的代价。所以，要降低洗涤剂对于环境的危害，就要在保持洗涤效率的前提下避免上述有害成分。无磷洗衣粉的出现是一种进步，它们通常使用不含磷的无机成分来代替磷酸盐与钙镁离子结合。对于减少磷的环境危害，自然是成功的。但是这些替代成分进入自然界又带来其它的污染，所以说，简单的替代磷酸盐只是减轻了“民愤”大的污染，并不见得就完全消除了洗涤剂的污染。仅仅是“无磷”就宣称“绿色环保”，也是不负责任的。

三、加酶洗衣粉——更“绿色”的技术

酶的引入是洗涤剂的巨大进步。首先，酶是蛋白质，进入自然界后会自然降解，不会留下危害。其次，酶的活性温度比较温和，不用太热的水。一般而言，40°C是一个很合适的问题。而通常的洗衣粉，人们要使用六七十度的水。象北京那样一个千万人口的城市，如果洗衣粉的水温降低二十度，那么一年节约的能源大致相当于燃烧十万吨的煤炭。虽然对于一个这么大的城市，少燃烧十万吨煤并不是一个很大的量，不过如果考虑到洗衣服只是生活中的一件小事，那么这个量也就比较可观了。当然，我们还得考虑生产相应的酶所需要的能源。在生物技术高度发展的今天，生产那些酶所需要的能源只相当于几百吨的煤炭。

酶的加入能够提高洗涤能力的原因，在于多数的污渍是有机成分。比如汗渍、奶渍、油渍乃至菜汁粥汤渍等等，主要成分也是蛋白质、脂肪、淀粉成分。而相应的酶的加入，可以有效地分解这些成分。最早加入的是蛋白酶，后来淀粉酶、脂肪酶以及纤维素酶也相继被加入，从而使得加酶洗衣粉的效率大大增加。酶的作用也使得漂白剂磷酸盐等对环境有害成分的使用逐渐减少。

洗涤剂的发展方向，是使用更好的酶，进一步降低活性温度，以及减少对环境有害的成分的使用。目前，一些西方国家已经禁止了磷酸盐的使用，也有公司在开发冷水中保持活性的酶。