十二烷基硫酸钠(看起来像毛毛虫),表面活性剂的一种,被广泛用于洗衣粉中 | 来源:Wikipedia生活中的许多现象都和表面张力有关,比如水黾的轻功水上漂,一分的硬币浮在水面上,《三体》的曲率飞船的原理(误入)。
水黾轻功水上漂,破了它的轻功很简单,加点表面活性剂 | 来源:Wikipedia
在小船的尾部滴加洗涤剂,小船尾部的表面张力小,前方的表面张力大,从而将小船向前“拉”了过去
说了这么多,表面张力和泡泡到底有什么关系呢?纯水的表面张力比较大,不能形成稳定的泡泡,因为泡泡的产生会增大气液间的表面积,使得表面自由能增大,这是热力学不稳定的。加入表面活性剂后,表面活性剂的亲水基团插入水相,疏水基团竖在空气中,这样降低了表面张力,让泡泡能稳定存在一段时间。从下面这张图中可以看出,泡泡膜是三明治结构,两侧是表面活性剂,中间夹着一层水,这一三明治结构对后面泡泡水的配方至关重要。
泡泡的结构
薄膜干涉
吹泡泡的时候,小朋友们最迷恋的就是它彩虹般的颜色,五彩斑斓,像被施了魔法一样。泡泡的颜色其实是一个很常见的光学现象——薄膜干涉。
所谓薄膜干涉,就是一束光照射于薄膜,由于折射率不同,光会被薄膜的上界面与下界面分别反射,因相互干涉而形成新的光,这现象称为薄膜干涉[2]。新的光是上下界面反射光的叠加,两个界面的反射光可能干涉相长(强度增加)或干涉相消(强度减小),这取决于它们的相位关系。
干涉相消(图中没把半波损失画出来) | 来源:Wikipedia
干涉相长(图中没把半波损失画出来) | 来源:Wikipedia
从上面图中以看出,两个界面的反射光的相位关系不仅与入射光波的波长(颜色)有关,与薄膜的厚度也有关。光程差为半波长的偶数倍是干涉相消,光程差为半波长的奇数倍时干涉相长(有半波损失)。所以,我们也就可以通过看泡泡的颜色来估计它的膜厚。
泡泡膜颜色与厚度的关系 | 来源:soapbubble.dk
相信大家都有经验,如果泡泡颜色变成了黄昏时天空的那种金色,就说明泡泡快要破了。那么泡泡变薄的原因是什么呢,一是在重力作用下泡泡水会向下流动,二是泡泡的比表面积巨大,蒸发剧烈,使得泡泡很快变薄。
大泡泡配方
有了上面那些知识,现在就来解答“为什么用洗洁精配成的泡泡水吹不出很多泡泡”这个童年迷思。