生活現象背后的化學本質
——毛巾變硬原因及“再生”方法研究

江蘇省錫山高級中學(214174) 張 磊

1 問題提出

毛巾變硬是一個很常見的生活現象，我們可運用化學知識分析毛巾變硬的原因并用實驗加以驗證，從而根據變硬的原因找出毛巾“再生”的方法，通過循環使用，提高資源利用率，樹立綠色化學觀念。

2 實驗部分

2.1 探究目的

(1)開發適合中學生進行的化學生活小實驗，引導學生運用化學知識解決生活問題，從而激發他們學習化學的興趣，提高學生的學科核心素養。

(2)探究毛巾變硬的原因。

(3)探究毛巾“再生”的方法。

2.2 探究過程

經過查閱文獻資料，肥皂、洗衣粉、洗面奶等洗化用品中都含有表面活性劑，而有些表面活性劑對硬水比較敏感，與硬水中的鈣鎂離子結合生成鈣、鎂鹽難溶于水，通常稱其為鈣、鎂皂；鈣、鎂皂容易沉積在毛巾上，從而使毛巾變硬。用鹽酸或醋酸浸泡變硬的毛巾，可以使鈣鎂皂溶解，從而達到毛巾“再生”(變軟)的目的。在此基礎之上制定實驗探究方案。

2.2.1 洗化用品主要成分分析

洗衣粉的主要成分是：十二烷基苯磺酸鈉(表面活性劑)、三聚磷酸鈉(與鈣鎂離子形成螯合物)、硅酸鈉(防止污垢再沉積到織物上)、硫酸鈉(填充劑)、碳酸鈉(除去脂肪污垢并調節pH)、過氧硼酸鈉(提供活性氧)、羥甲基纖維素(防止污垢再沉積到織物上)、熒光增白劑、香料等。肥皂的主要成分：硬脂酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、漂白粉、香料等。洗面奶的主要成分是：礦油(油性組成)、十二烷基苯磺酸鈉(表面活性劑)、水、甘油、丙二醇、香精、防腐劑、抗氧劑等。

2.2.2 實驗原理

從洗衣粉、肥皂和洗面奶的成分推斷，影響毛巾變硬的物質可能是十二烷基苯磺酸鈉、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、硅酸鈉，接下來就是要用實驗來驗證。

2.3 實驗儀器及藥品

(1)儀器：50 mL燒杯10只、玻璃棒、新毛巾2條。

(2)藥品:洗衣粉、肥皂、十二烷基苯磺酸鈉、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、鹽酸、醋酸。

2.4 實驗步驟

2.4.1 毛巾變硬原因探究實驗

(1)為了實驗效果更加明顯且縮短實驗時間，將洗衣粉、肥皂、十二烷基苯磺酸鈉、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉分別在30～40 ℃的水中配成飽和溶液。

(2)將毛巾剪成若干小片，然后分別放于裝有相應飽和溶液的燒杯里浸泡1 h。

(3)一段時間后將浸泡的毛巾洗滌干凈并晾干。

(4)比較毛巾的硬度。

2.4.2 毛巾“再生”實驗

根據以上毛巾變硬原因的探究，我們可以確定只要是能將鈣鎂鹽從毛巾上除去就可以使毛巾“再生”。我們知道酸可以使鈣鎂鹽溶解，而不同濃度、不同種類的酸，對毛巾“再生”的效果是不一樣的，生活中可以選用鹽酸和醋酸來浸泡毛巾。

(1)將同一塊變硬的毛巾剪成若干小片。

(2)將鹽酸和醋酸分別按1∶1、1∶5、1∶10的比例配成溶液。

(3)將毛巾放入所配溶液中進行浸泡。

(4)1 h后將毛巾取出洗滌干凈并晾干。

(5)比較浸泡后的毛巾與浸泡前的硬毛巾、新毛巾的硬度。

3 結果與討論

實驗過程及現象見表1～5。

表1 洗化用品對毛巾硬度影響的實驗現象

表2 用鹽酸軟化發硬毛巾的實驗現象

表3 用醋酸軟化發硬毛巾的實驗現象

表1反映了毛巾在幾種不同溶液中浸泡1 h以后發生了硬度變化。從表1中我們可以得出洗衣粉和肥皂中的一些成分與水中的鈣、鎂離子形成難溶鹽粘附在毛巾上，從而使毛巾變硬。

表2、表3反映了不同濃度的酸對毛巾的軟化效果是不一樣，并非酸的濃度越大越好。因為毛巾是纖維制品，而纖維在一定的酸性條件下是會發生水解的，所以浸泡毛巾的酸溶液的濃度有一個上限。但是如果酸的濃度太小的話，反應速率太小，效果也不是很好。因此在生活中，要用適當濃度的酸來浸泡毛巾。

表4 不同濃度鹽酸和醋酸軟化效果比較

表4反映了生活中常見鹽酸和醋酸在相同體積比時浸泡毛巾效果比較。我們都知道鹽酸是強酸，醋酸是弱酸，它們在水中的電離程度是不同的。因此，相同體積比的兩種酸的酸性是不一樣的，因而浸泡毛巾的效果是不同的。

表5 酸對不同成分的軟化效果比較

表5反映了不同試劑浸泡后的變硬的毛巾用酸軟化的效果是不同的。酸浸泡只能除去碳酸鹽和硅酸鹽對毛巾硬度的影響。

4 結論

根據實驗可得出以下結論：毛巾變硬的原因是洗化用品中的一些物質與鈣、鎂離子發生作用形成了一些難溶鹽，分別為碳酸鈣、碳酸鎂、硅酸鈣、硅酸鎂、硫酸鈣、十二烷基苯磺酸鈣、十二烷基苯磺酸鎂等。因此，可用生活中常見的鹽酸和醋酸來軟化。由于毛巾的主要成分是纖維，纖維在酸性條件下會發生水解，所以酸的濃度要適當。但酸浸泡只能解決碳酸鹽和硅酸鹽對毛巾硬度的影響，而硫酸鈣和十二烷基苯磺酸鈣、十二烷基苯磺酸鎂并不能用酸浸泡使之溶解，需進一步查閱資料并進行實驗探究。

讓學生透過生活中常見的現象，看到了背后的化學本質；指導學生通過毛巾變硬原因及“再生”方法研究這一實驗活動，讓學生親歷親為體會實驗探究的一般步驟，感受化學的奇妙性與實用性，激發學生學習化學的興趣，切實提高學生化學學科的核心素養；同時也為開發適合中學生進行的化學生活小實驗做了一定可行性的研究。