生活现象背后的化学本质——毛巾变硬原因及“再生”方法研究

江苏省锡山高级中学(214174) 张 磊

1 问题提出

毛巾变硬是一个很常见的生活现象，我们可运用化学知识分析毛巾变硬的原因并用实验加以验证，从而根据变硬的原因找出毛巾“再生”的方法，通过循环使用，提高资源利用率，树立绿色化学观念。

2 实验部分

2.1 探究目的

(1)开发适合中学生进行的化学生活小实验，引导学生运用化学知识解决生活问题，从而激发他们学习化学的兴趣，提高学生的学科核心素养。

(2)探究毛巾变硬的原因。

(3)探究毛巾“再生”的方法。

2.2 探究过程

经过查阅文献资料，肥皂、洗衣粉、洗面奶等洗化用品中都含有表面活性剂，而有些表面活性剂对硬水比较敏感，与硬水中的钙镁离子结合生成钙、镁盐难溶于水，通常称其为钙、镁皂；钙、镁皂容易沉积在毛巾上，从而使毛巾变硬。用盐酸或醋酸浸泡变硬的毛巾，可以使钙镁皂溶解，从而达到毛巾“再生”(变软)的目的。在此基础之上制定实验探究方案。

2.2.1 洗化用品主要成分分析

洗衣粉的主要成分是：十二烷基苯磺酸钠(表面活性剂)、三聚磷酸钠(与钙镁离子形成螯合物)、硅酸钠(防止污垢再沉积到织物上)、硫酸钠(填充剂)、碳酸钠(除去脂肪污垢并调节pH)、过氧硼酸钠(提供活性氧)、羟甲基纤维素(防止污垢再沉积到织物上)、荧光增白剂、香料等。肥皂的主要成分：硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、漂白粉、香料等。洗面奶的主要成分是：矿油(油性组成)、十二烷基苯磺酸钠(表面活性剂)、水、甘油、丙二醇、香精、防腐剂、抗氧剂等。

2.2.2 实验原理

从洗衣粉、肥皂和洗面奶的成分推断，影响毛巾变硬的物质可能是十二烷基苯磺酸钠、三聚磷酸钠、硫酸钠、硅酸钠，接下来就是要用实验来验证。

2.3 实验仪器及药品

(1)仪器：50 mL烧杯10只、玻璃棒、新毛巾2条。

(2)药品:洗衣粉、肥皂、十二烷基苯磺酸钠、三聚磷酸钠、硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、盐酸、醋酸。

2.4 实验步骤

2.4.1 毛巾变硬原因探究实验

(1)为了实验效果更加明显且缩短实验时间，将洗衣粉、肥皂、十二烷基苯磺酸钠、三聚磷酸钠、硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠分别在30～40 ℃的水中配成饱和溶液。

(2)将毛巾剪成若干小片，然后分别放于装有相应饱和溶液的烧杯里浸泡1 h。

(3)一段时间后将浸泡的毛巾洗涤干净并晾干。

(4)比较毛巾的硬度。

2.4.2 毛巾“再生”实验

根据以上毛巾变硬原因的探究，我们可以确定只要是能将钙镁盐从毛巾上除去就可以使毛巾“再生”。我们知道酸可以使钙镁盐溶解，而不同浓度、不同种类的酸，对毛巾“再生”的效果是不一样的，生活中可以选用盐酸和醋酸来浸泡毛巾。

(1)将同一块变硬的毛巾剪成若干小片。

(2)将盐酸和醋酸分别按1∶1、1∶5、1∶10的比例配成溶液。

(3)将毛巾放入所配溶液中进行浸泡。

(4)1 h后将毛巾取出洗涤干净并晾干。

(5)比较浸泡后的毛巾与浸泡前的硬毛巾、新毛巾的硬度。

3 结果与讨论

实验过程及现象见表1～5。

表1 洗化用品对毛巾硬度影响的实验现象

表2 用盐酸软化发硬毛巾的实验现象

表3 用醋酸软化发硬毛巾的实验现象

表1反映了毛巾在几种不同溶液中浸泡1 h以后发生了硬度变化。从表1中我们可以得出洗衣粉和肥皂中的一些成分与水中的钙、镁离子形成难溶盐粘附在毛巾上，从而使毛巾变硬。

表2、表3反映了不同浓度的酸对毛巾的软化效果是不一样，并非酸的浓度越大越好。因为毛巾是纤维制品，而纤维在一定的酸性条件下是会发生水解的，所以浸泡毛巾的酸溶液的浓度有一个上限。但是如果酸的浓度太小的话，反应速率太小，效果也不是很好。因此在生活中，要用适当浓度的酸来浸泡毛巾。

表4 不同浓度盐酸和醋酸软化效果比较

表4反映了生活中常见盐酸和醋酸在相同体积比时浸泡毛巾效果比较。我们都知道盐酸是强酸，醋酸是弱酸，它们在水中的电离程度是不同的。因此，相同体积比的两种酸的酸性是不一样的，因而浸泡毛巾的效果是不同的。

表5 酸对不同成分的软化效果比较

表5反映了不同试剂浸泡后的变硬的毛巾用酸软化的效果是不同的。酸浸泡只能除去碳酸盐和硅酸盐对毛巾硬度的影响。

4 结论

根据实验可得出以下结论：毛巾变硬的原因是洗化用品中的一些物质与钙、镁离子发生作用形成了一些难溶盐，分别为碳酸钙、碳酸镁、硅酸钙、硅酸镁、硫酸钙、十二烷基苯磺酸钙、十二烷基苯磺酸镁等。因此，可用生活中常见的盐酸和醋酸来软化。由于毛巾的主要成分是纤维，纤维在酸性条件下会发生水解，所以酸的浓度要适当。但酸浸泡只能解决碳酸盐和硅酸盐对毛巾硬度的影响，而硫酸钙和十二烷基苯磺酸钙、十二烷基苯磺酸镁并不能用酸浸泡使之溶解，需进一步查阅资料并进行实验探究。

让学生透过生活中常见的现象，看到了背后的化学本质；指导学生通过毛巾变硬原因及“再生”方法研究这一实验活动，让学生亲历亲为体会实验探究的一般步骤，感受化学的奇妙性与实用性，激发学生学习化学的兴趣，切实提高学生化学学科的核心素养；同时也为开发适合中学生进行的化学生活小实验做了一定可行性的研究。