油水冤家，相逢一笑——迷人的“双亲分子”

油水相斥，千古如此。千百年来，人们从这种相斥中获得了灵感，使油水分离技术、石版印刷术、超疏水性服饰材料等产品和技术相继应运而生。

难道说油与水就只能老死不相往来吗？其实，让油与水和谐相处并不是一个无解的问题。现在，被广泛使用的“双亲分子”就是让油与水和谐相处的重要“媒介”。为什么“双亲分子”能让油与水“化敌为友”？“双亲分子”能为我们的生活带来哪些精彩？

油水相斥，藏在“基因”里的“逻辑”

为什么油水相斥？我们通常所说的“相似者相溶”，意思是只有结构和性质相似的物质才能相互溶解。就拿水和油来说，由于它们具有不同的分子结构和物理性质，无法互溶也是情理之中的事情。

就分子结构来讲，水是由一个氧原子和两个氢原子组成的极性分子，氧原子带有较强的负电荷，而氢原子带有较弱的正电荷。这种不均匀的电荷分布导致了氢键的形成，使得水分子能够互相吸附而形成氢键网络，并使得水分子具有较高的表面张力和黏附力。

油是非极性分子，通常由碳氢化合物组成。由于这些油分子中没有明显的电荷不对称，因此其相互作用主要为范德华力，这种作用力要比氢键弱得多。基于这样的结构差异，水分子更倾向于与具有相似极性的分子相互作用，而对油类非极性分子是排斥的；而油分子的非极性特征也使其无法与水分子有效作用，从而使油水相斥成为一种常态。

就其物理性质而言，在一般条件下，油的密度要小于水，这就决定了油水混合时油会浮到水面上，而不是与水形成均匀的混合物。这种分层现象则更加凸显了油水之间的不相容性。

看来，油水相斥的根本原因在于结构方面的差异：与谁相容或相斥，是由刻在“基因”里的“逻辑”决定的。那么，如何让油与水和谐相处呢？

我们不妨从化学结构上寻求突破，比如把“亲水基因”和“疏水基因”（亲油）装到一个化合物当中，是不是就可以使其兼具亲水和亲油特征呢？事实上，在各个行业广泛应用的表面活性剂就是这样的一类“双亲分子”。

“双亲分子”又被称为“两亲分子”或“双亲化合物”，属于表面活性剂物质。从构成上来说，“双亲分子”是一类同时含有亲水基团和亲油基团的化合物。

“双亲分子”，创造自然界的精彩

从生物学功能到工业化应用，“双亲分子”都占有极其重要的地位。由于具有独特的物理和化学特性，“双亲分子”不仅可以参与生物体内的许多生理过程，还在诸多行业获得了广泛的应用，极大地提升了我们的生活质量和品味。

就从生物体内的“双亲分子”说起吧。作为细胞膜的主要成分，磷脂对于维持细胞结构和功能具有重要的作用。实际上，磷脂就是一种“双亲分子”，其亲水基通常包含一个磷酸基团和一个含氮化合物（如胆碱等），这些基团使磷脂能够与水分子相互作用。其疏水基则通常由两个脂肪酸链构成，这些疏水链嵌入细胞膜可以形成一个疏水的内层，保护细胞内部免受外界环境的干扰。磷脂分子的两亲性结构提供了必要的通透性屏障，以支持各种生物学功能。

在自然界广泛存在的甾醇化合物，可以分为动物甾醇和植物甾醇两大类。甾醇也是一种“双亲分子”，在调节生物膜的流动性和通透性方面起着关键作用。甾醇的亲水基主要是羟基部分，而疏水基主要由固醇核和侧链构成。亲水基能够与周围的水分子形成氢键，使得甾醇分子能够与细胞膜中的水相环境相作用。疏水基团则可以通过范德华力与膜中的其他疏水分子相互作用，有助于增强膜的内部稳定性。

生物界的双亲分子还有很多，它们给我们带来了哪些启示呢？我们能否设计制造出结构独特、功能各异的“双亲分子”来造福人类呢？回答是肯定的！事实上，人类已经设计制造出了种类繁多、功能齐全的“双亲分子”大家族，使其在水性环境和脂性环境中表现得游刃有余，并为我们的生活创造更多的精彩。

何去何从，关键要看HLB参数

在“双亲分子”的大家族中，许多成员被应用于不同的生产和生活场景。虽然它们同属于表面活性剂大类，但它们的化学结构、物化性质、作用机制有所不同，自然就会有着不同的应用场合和名称。比如，虽然“双亲分子”具有亲水、亲油的特性，但是它们亲水、亲油的相对强弱不尽相同。在应用实践中，亲水、亲油平衡值（HLB）就是一个理解和应用表面活性剂的关键指标。

作为一个描述表面活性剂亲水性和亲油性平衡程度的重要参数，亲水、亲油平衡值最初由格里菲于1949年提出。他提出用HLB值来衡量非离子型表面活性剂亲水性和亲油性的相对强弱，并设定完全疏水的石蜡（无亲水基）的HLB值为0，完全亲水的聚乙二醇（无疏水基）的HLB值为20。因此，非离子型表面活性剂的HLB值的范围为0～20。此后，人们又将HLB数值化方法推广至离子型表面活性剂，并将十二烷基硫酸钠的HLB值定为40，因此离子型表面活性剂HLB值的范围为1～40。HLB值越高，表面活性剂越亲水；HLB值越低，则越亲油。

洗涤用品，我们身边的“常客”

“长安一片月，万户捣衣声。”洗衣自古有之，是人们生活中的一项重要活动。不过古人的“捣衣”，只不过是洗衣过程中的一道工序而已。“捣衣”的意义在于为衣物提供一个机械作用，这与现代洗衣机的转动有异曲同工之妙。而去除衣物上的油污靠的是表面活性剂，也就是我们所说的“双亲分子”。

有人说，古代没有洗涤剂不也照样洗衣吗？古代虽然没有现代意义上的洗涤剂，但并不意味着没有原始的天然活性剂。其实，古人也在实践中因地制宜地使用了一些洗涤剂进行洗衣。比如，在某些地区，人们选用肥皂草和皂树的根或果实来提取天然皂，并进行衣物洗涤。天然皂就是一类表面活性剂，因其同时含有亲水基和亲油基而具有清洁作用。

天然皂的亲油基主要由长链脂肪酸构成，这些长链脂肪酸在化学结构上具有非极性特征，使得它们能够与油脂和污垢中的非极性成分相容。天然皂的亲水基通常为羧酸钠或羧酸钾等成分，能够与水分子形成氢键而增强其水溶性。

当天然皂溶解在水中时，其亲油基会与水介质中的油脂及污垢相互作用而将其包围起来，借助水的力量把亲油基包围的污垢带走而完成清洁过程。

现代生活中的洗涤剂品种之多、功能之全，远非昔日能比。洗涤剂的主要成分为表面活性剂、助洗剂和添加剂等，其中的表面活性剂是其核心成分。表面活性剂分子中的疏水基团会与油污结合，而亲水基团则与水分子结合，从而使油污从被清洗衣物上脱离并悬浮在水中。通常洗涤剂的HLB值较高（约13～16），主要是增强其亲水性，有助于油脂和污渍的去除。

诞生于20世纪30年代的十二烷基苯磺酸钠，无疑是洗涤剂行业发展的一个重要里程碑。十二烷基苯磺酸钠在现代洗涤剂产品中占有重要的地位，它不仅开启了合成洗涤剂大规模生产的新纪元，还为现代洗涤剂产品的进化奠定了基础。作为一种阴离子表面活性剂，十二烷基苯磺酸钠具有良好的洗涤能力，泡沫比较丰富，生物降解性也较好。

十二烷基苯磺酸钠不仅被用于家用清洗和工业清洗，还被用作抗静电剂、乳化剂和分散剂等；不仅在洗涤剂市场上表现出色，还被广泛应用于纺织工业、日化工业、环境保护以及农业生产等诸多领域。

泡起泡落，“魔变”背后的诉求

作为一类多相分散体，泡沫由气体（分散相）在液体或固体（连续相）中分散而形成。其中，气体在液体中的分散是基础，这可以通过物理搅拌、振动或者化学反应等来实现。当然，“双亲分子”也直接影响着泡沫的起落。

要知道，泡沫也有两面性。比如，泡沫在食品中的地位非常特殊，不仅影响外观还会影响口感，像啤酒、香槟酒、冰淇淋、充气糖果等都需要泡沫来“捧场”。然而，某些产品的生产工艺中会不可避免地产生泡沫，不仅影响生产过程的效率，还影响设备的使用寿命。因此，有时我们又需要消除泡沫的影响。那么，影响泡沫起落的“双亲分子”有哪些呢？

起泡剂 起泡剂是一类能降低水的表面张力从而形成泡沫的表面活性剂。起泡剂特殊的分子结构使其既有亲水的特性也有疏水的特性，当其吸附在空气或气体与液体的界面上时就会形成泡沫。起泡剂分子中的亲水基和疏水基的比例和特性，决定了起泡能力以及泡沫的稳定性。

在许多工业领域，这些稳定的泡沫具有不可或缺的重要作用，如矿物浮选、污水处理、食品加工、消防灭火和石油开采等，都需要借助泡沫来提高生产效率、降低生产成本。如在矿物浮选中，起泡剂能够提高有用矿物的回收率，并减少化学品的用量；在消防领域，起泡剂快速形成的泡沫层能够覆盖住燃料，从而达到隔绝空气、扑灭火灾的目的。

稳泡剂 稳泡剂是用于增强和延长泡沫稳定性的一类表面活性物质。可以利用稳泡剂来提高泡沫的稳定性，从而达到延长泡沫寿命的目的。例如，在消防灭火中，鉴于泡沫层在隔绝火源空气中的重要地位，稳泡剂的应用至关重要。在洗涤剂中添加一定量的稳泡剂，则可以产生丰富的泡沫效果，这对于提高洗涤效果和改善用户体验具有重要的意义。在油田开发中合理使用稳泡剂，不仅可以提高原油的采收率，还可以通过稳定泡沫来减少油井中的水含量。食品工业中，在制作面包、蛋糕等烘焙食品时通常也会使用稳泡剂，从而使面团中的气泡均匀稳定，赋予产品细腻的质地和良好的口感。在混凝土和石膏等建筑材料的生产过程中，使用稳泡剂可以提高泡沫的均匀性和稳定性，从而提高产品的轻质化水平以及隔热隔音效果。

消泡剂 消泡剂是一种用于降低和防止液体中泡沫形成的表面活性剂。泡沫的存在有其消极的一面，如在纺织印染、废水处理、食品加工、制药工业、造纸工业、发酵工业、化妆品工业以及洗涤剂生产等行业，泡沫的存在往往会影响生产效率和产品质量。合理使用消泡剂可以降低液体的表面张力，从而破坏和抑制泡沫的形成，进而提高生产效率和产品质量。

似曾相识，换了马甲的“双亲分子”

在生产和生活中，我们都离不开“双亲分子”。然而，由于它们往往被披上了不同的“马甲”，我们尽管与其朝夕相伴却浑然不知。让我们一起走进带着马甲的“双亲分子”世界，去一睹它们别样的风采。

从饮食中的冰淇淋到奶油蛋糕，从日常生活中的洗漱品到洗涤制剂，从保健用品中的护肤品到美容产品……“双亲分子”在我们生活中几乎无处不在。在工业、农业、医药、环保、石油等诸多行业，“双亲分子”的应用也十分广泛。不同的应用场合，“双亲分子”往往都有特定的名称。