古代不管是東西方,最早的洗滌成分不外乎都是碳酸鈉和碳酸鉀。前者為天然湖礦產品,後者就是草木灰的主要洗滌成分。肥皂之所以能去汙,是因為它有特殊的分子結構,分子的一端有親水性,另一端則有親油脂性,在水與油汙的界麵上,肥皂使油脂乳化,讓油脂溶於肥皂水中;在水與空氣的界麵上,肥皂圍住空氣的分子形成肥皂泡沫。原先不溶於水的汙垢,因肥皂的作用,無法再依附在衣物表麵,而溶於肥皂泡沫中,最後被整個清洗掉。
從科學的角度來講,肥皂是脂肪酸金屬鹽的總稱。日用肥皂中的脂肪酸碳數一般為10~18,金屬主要是鈉或鉀等堿金屬,也有用氨及某些有機堿如乙醇胺、三乙醇胺等製成特殊用途肥皂的。肥皂包括洗衣皂、香皂、金屬皂、液體皂,還有相關產品脂肪酸、硬化油、甘油等。
肥皂中除含高級脂肪酸鹽外,還含有鬆香、水玻璃、香料、染料等填充劑。從結構上看,在高級脂肪酸鈉的分子中含有非極性的憎水部分(烴基)和極性的親水部分(羧基)。憎水基具有親油的性能。在洗滌時,汙垢中的油脂被攪動、分散成細小的油滴,與肥皂接觸後,高級脂肪酸鈉分子的憎水基(烴基)就插入油滴內,靠範德華力與油脂分子結合在一起。而易溶於水的親水基(羧基)部分伸在油滴外麵,插入水中。
這樣油滴就被肥皂分子包圍起來,分散並懸浮於水中形成乳濁液,再經摩擦振動,就隨水漂洗而去,這就是肥皂去汙原理。但普通肥皂不宜在硬水或酸性水中使用。在硬水中因生成難溶於水的硬脂酸鈣鹽和鎂鹽,在酸性水中生成難溶於水的脂肪酸,大大降低其去汙能力。
早期的肥皂是奢侈品,肥皂的製造,靠的是有經驗的工匠。利用油脂與堿汁的比例來調製,由於沒有資料可參閱,經常因為無法凝固而重新再試。肥皂的材料來源,是從橡樹、山毛櫸等木材中提煉澀汁,作為堿汁的來源,如果不夠,就從暖爐的灰燼中添加。有了堿汁,再從動物脂肪或是料理用的植物油取得油脂,可是一旦油水分離,就得再重頭來過。
1791年,法國化學家盧布蘭用電解食鹽方法廉價製取火堿成功,從此結束了從草木灰中製取堿的古老方法;18世紀,法國人利用鹽及石炭製作“人工蘇打”,取代傳統白灰燼中取出的堿汁;到了19世紀,德國人發明以電氣分解食鹽水來製作氫氧化鈉;自此之後,苛性鈉的普及,得以讓肥皂從原本隻有王公貴族買得起的商品,搖身一變,變成平民百姓的日常生活用品。19世紀末,製皂工業由手工作坊最終轉化為工業化生產。
十三、“不務正業”的科技發明——壓力鍋
壓力鍋也叫高壓鍋,它是居家生活中最常見、最實用的一種理想炊具,那些難以對付的頑固肉食品,經它一煮很快就可以變得香軟可口。非常有趣的是,這項發明被很多人冠以“不務正業”的名字,因為它是一個年輕人無法插柳的成果。
17世紀末,法國國王亨利四世上,瘋狂迫害新教徒。為了逃離厄運,一個名叫丹尼·帕平的年輕人跑到瑞士避難。他沿著阿爾卑斯山艱難跋涉,一路上風餐露宿,渴了找點兒山泉水喝,餓了煮點兒土豆吃。
有一天,帕平走到一座山峰附近,他覺得餓了,於是找了一些幹樹枝,架起篝火,煮起土豆來。水一直滾滾開著,土豆在裏麵煮了很久卻依然煮不熟。為了填飽肚子,他無可奈何地把沒煮熟的土豆硬吃了下去。這個偶然的事件給他留下了深刻的印象。
在國內時,帕平曾進行過蒸汽發動機、蒸汽鍋爐方麵的研究,在異國他鄉的大環境中,他仍然沒有放棄自己的研究,正因為如此,才引發了他對壓力鍋的發明。
幾年後,帕平的生活有了轉機,他來到英國一家科研單位工作。阿爾卑斯山上的往事令他記憶猶新,他決心尋找到其中的秘密。經過深入的研究,帕平終於有了合理的解釋:大氣壓與水的沸點之間為正比例關係,大氣壓高時,水的沸點也高;大氣壓低時,水的沸點也低。高山上的大氣稀薄,氣壓低,水的沸點也低,雖然水開了,但熱力不足,所以土豆很長時間也煮不熟。